Génération de stimuli efficaces en énergie pour la microstimulation électrique intracorticale

Ce mémoire a comme objectif principal la mise en oeuvre de circuits dédiés à l'amélioration de l'efficacité de la stimulation électrique de tissus situés au niveau du cortex visuel primaire. Le stimulateur proposé permet la génération de nouveaux stimuli flexibles de forme exponentielle et demi-sinusoïdale dans l'optique de réduire la consommation de puissance globale de l'implant. En plus d'être potentiellement plus efficaces que les stimulations rectangulaires standard pour exciter les tissus, ces formes d'impulsions permettraient également de réduire la concentration d'ions toxiques relâchés par les électrodes. Le second objectif de ce projet est de permettre la stimulation à pleine échelle, soit au moins 150 µA, à travers l'interface microélectrode-tissus qui est caractérisée par une impédance élevée. Un étage de sortie à haute-tension a donc également été réalisé afin de générer des tensions d'alimentation d'environ ±9 V et d'augmenter ainsi l'excursion de tension des stimuli tout en étant entièrement intégré. Une architecture comportant deux circuits intégrés indépendants est proposée dans ce mémoire. Le générateur de stimuli est implémenté dans la technologie CMOS 0,18-µ m 1,8V/3,3V de TSMC afin de limiter sa consommation de puissance. Pour ce qui est de l'étage de sortie, il est intégré à l'aide du procédé C08E CMOS/DMOS 0,8-µ m 5V/20V de DALSA Semiconductors, technologie supportant les niveaux de tension requis.Les deux puces ainsi fabriquées ont été testées. L'intensité des stimuli rectangulaires couvre une plage de 1,6 à 167,2 µ A des erreurs de non-linéarité différentielle et intégrale de 0,10 et 0,16 LSB respectivement. Les impulsions exponentielles ont une plage dynamique de 34,36 dB pour une erreur de ±0,5 dB par rapport à la fonction théorique. La consommation de puissance du générateur de stimuli atteint en moyenne 29,1 µW en mode rectangulaire et de 28,5 à 88,3 µ W en mode exponentiel. Les résultats obtenus pour la demi-sinusoïde proviennent de simulations. En moyenne, 80,2 % de la durée des impulsions demi-sinusoïdales a une erreur inférieure à ±1 % par rapport à la fonction idéale. Le générateur de stimuli complet consomme de 46,7 à 199,1 µW en mode demi-sinusoïdal. En ce qui a trait à l'étage de sortie, des tensions de 8,95 et -8,46 V sont générées avec succès, permettant à l'excursion de tension d'atteindre 13,6 V à travers une charge de 100 kΩ.