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Télémétrie capacitive pour des dispositifs implantables

Charles Sawma

Thèse de doctorat (2016)

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Citer ce document: Sawma, C. (2016). Télémétrie capacitive pour des dispositifs implantables (Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal). Tiré de https://publications.polymtl.ca/2264/
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Résumé

RÉSUMÉ Ce travail vise à concevoir un système de transfert de données bidirectionnel et capacitif. Une introduction couvrant l'histoire des liens de communication dédiés aux implants médicaux est tout d’abord présentée. Ensuite, nous développons une revue de la littérature des télémétries de données qui se basent sur l'approche capacitive ainsi que celles basées sur la modulation de changement de charge. Deux systèmes de transfert de données à base capacitive sont présentés : le premier est unidirectionnel et se base sur la modulation de la position spatiale de la porteuse. Le second est bidirectionnel et utilise une modulation spatiale de la position du pulse pour la liaison descendante et la modulation par déplacement de charge pour la liaison ascendante. Le premier système a été testé sur un cuir chevelu de mouton et a atteint un débit de 20 Mb/s en utilisant des composants discrets. Le système a été modélisé sur COMSOL afin de comprendre le comportement du champ électrique dans ce type de tissu. Les défis du premier système ont été réglés par la conception du deuxième système. Les contributions apportées ont résolu les limitations suivantes : le problème de différence de masse sur l’émetteur et le récepteur, la grande taille des plaques nécessaire pour obtenir une capacité d'isolation valide et finalement l’ajustement automatique du seuil de détection du récepteur en ajoutant une cinquième plaque commune. Une analyse détaillée des paramètres qui affectent le rapport signal sur bruit pour la liaison descendante (de la partir externe du système vers l’implant) est réalisée avec un modèle électrique correspondant à la peau de la joue humaine. La capacité est calculée en utilisant les variables paramétriques du système. La modulation sur la liaison ascendante est analysée en mettant en évidence les compromis nécessaires sur la liaison descendante. Un débit de 10 Mb/s est réalisé sur la liaison ascendante et un débit de 20 Mb/s sur la liaison descendante. Finalement, nous proposons une nouvelle modulation qui utilise le complément de la SPPM et permet une augmentation de 50 % dans le débit binaire en ajoutant un bit aux deux bits transmis par impulsion formant des codes à 3 bits chacun.----------ABSTRACT This work aims to design a bidirectional capacitive data link. An introduction covering the history of communication links used for medical implants is introduced along with a literature review covering the data telemetries using the capacitive approach and some of the other types of telemetries using load shift keying modulation. Two capacitive based telemetry systems are presented; the first is a unidirectional using spatial carrier position modulation and the second is a bidirectional transceiver using spatial pulse position modulation for the downlink and load shift keying for the uplink. The first system achieved a data rate of 20 Mb/s experimentally using discrete components, four plate geometry and sheep head skin. COMSOL modeling has been implanted to understand the behavior of the electric field in this type of tissue. The challenges of the first system were sorted by the design of the second transceiver which solved the different ground on the transmitter and the receiver, the big plate size required to achieve a valid insulation capacitance and most importantly the autonomy of the receiver detection threshold by adding a fifth common plate. A detailed analysis of the parameters that affect the signal to noise ratio for the downlink is made along with an electrical model that fits the human cheek skin. The capacity is computed using the parametric variables of the system. Load shift keying system analysis is done while highlighting the tradeoffs required for implementing on the uplink along with the downlink. A data rate of 10 Mb/s is achieved on the uplink and a 20 Mb/s on the downlink. A new modulation is implemented that uses the complement of the SPPM and allows a 50% increase in the bit-rate by adding a bit to the two transmitted bits per pulse for a total of three.

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Département: Département de génie électrique
Directeur de mémoire/thèse: Mohamad Sawan
Date du dépôt: 27 oct. 2017 10:48
Dernière modification: 24 oct. 2018 16:12
Adresse URL de PolyPublie: https://publications.polymtl.ca/2264/

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