Charge Pumps for Implantable Microstimulators in Low and High-Voltage Technologies

L'objectif principal de cette thèse est de concevoir et mettre en œuvre une pompe de charge qui peut produire suffisamment de tension afin de l'implémenter à un système de prothèse visuelle, conçue par le laboratoire PolyStim neurotechnologies. Il a été constaté que l'une des parties les plus consommatrices d'énergie de l'ensemble du système de prothèse visuelle est la pompe de charge. En raison de la nature variable du tissu nerveux et de l'interface d'électrode, la tension nécessaire par stimuler le tissu nerveux est très élevé et consomme extrêmement d'énergie. En outre, afin de fournir du courant biphasique aux électrodes il faut produire des tensions positives et négatives. La génération de tension négative est très difficile, surtout dans les technologies à faible tension compte tenu des limites de la technologie. Le premier objectif du projet est de générer la haute tension nécessaire qui va consommer une faible puissance statique. La technologie de haute tension a été utilisée dans le but d'atteindre cet objectif. Le deuxième objectif est de générer la tension requise dans la technologie de basse tension et ainsi surmonter les limites de la technologie. Dans les deux cas, une attention particulière a été portée afin que personne ne latch-up apparaît pour le cycle négatif. L'architecture de la conception proposée a été présentée dans cette thèse. La pompe de charge a été conçu et mis en oeuvre à la fois dans la technologie CMOS 0,8 μm offert par TELEDYNE DALSA et technologie 0,13 μm CMOS offert par IBM. En raison de la tension requise, 0,8 μm technologie a été utilisée pour atteindre la sortie et conçu pour minimiser la consommation de puissance statique. La même architecture a été mise en oeuvre en technologie 0,13 μm pour enquêter sur la tension de sortie obtenue avec une faible consommation électrique. Les deux puces ont été testées en laboratoire PolyStim. Les résultats testés ont montré une variation moyenne très faible de déviation inférieure à 5% par rapport au résultat de simulation. Pour la conception en 0,8 µm, nous avons été en mesure d'obtenir plus de 25 V avec une consommation électrique très faible d'énergie statique de 3,846 mW et une charge d'entraînement maximum de 2 mA avec un maximum d'efficacité de 84,2%. Pour le même processus en 0,13 µm, les resultats ont été plus que 20V, 0,913 mW, 500 µA, et 85,2% respectivement.