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뉴런 신호 자극을 위한 8비트 전류 구동형 DAC
Design of 8bit current steering DAC for stimulating neuron signal 원문보기

재활복지공학회논문지 = Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology, v.7 no.2, 2013년, pp.13 - 18  

박지현 (인하대학교 전자공학과) ,  시대 (삼성전자 System LSI 사업부) ,  윤광섭 (인하대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 8비트 전류 구동형 DAC를 설계하여 뉴런 신호를 자극하기 위한 전류자극기로 활용하였다. 제안하는 회로는 10KS/s의 샘플링 주파수와 3.3V의 구동전압을 가지며, 0.35um Magna Chip CMOS 공정을 이용하여 설계하였고 Full-Custom 방식의 레이아웃을 수행하였다. 글리치 잡음을 줄이고 해상도를 높이기 위해 상위 3비트의 온도계 코드 디코더 입력과, 하위 5비트의 이진 입력의 혼합된 구조를 적용하였다. 이로 인해 글리치 에너지는 이진 입력으로만 구성된 DAC에 비해 $10nV{\bullet}sec$ 감소하였다. 또한 LSB전류가 $0.8{\mu}m$로 작기 때문에 저전력 전류 자극기로 활용될 수 있다. 제안된 전류 자극기는 MCU와 연결하여 바이패이즈 신호를 형성 할 수 있으며, 신호의 주기와 진폭을 MCU코드를 변경하며 조절할 수 있다. 측정결과 INL은 +0.56/-0.38 LSB이고 DNL은 +0.3/-0.4 LSB로서 우수한 선형성을 나타내었고 소모전력은 6.6mW로 측정되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper design a 8 bit Current Steering D/A Converter for stimulating neuron signal. Proposed circuit in paper shows the conversion rate of 10KS/s and the power supply of 3.3V with 0.35um Magna chip CMOS process using full custom layout design. It employes segmented structure which consists of...

주제어

#Current stimulator   #D/A converter   #Biphase signal   #Bio-signal  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 기존 연구 환경은 뉴런신호 측정기와 자극기가 분리되어 있는 반면[3] 본 연구에서 제안하는 시스템은 측정용 ADC와 자극용 DAC를 한 개의 칩에 on-chip화 하여 Biofeedback 제어로 자극 효율성을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 본 논문에서 제안하는 DAC는 해상도를 높이기 위하여 분할 방식 구조를 제안하였고, LSB 전류는 0.
  • 따라서 두 개의 위상을 가지고 동일한 양의 전류에너지가 양극으로 충전되는 전류 펄스인 Biphasic signal을 이용하여 자극 후 생체 조직에 전류에너지가 남아있지 않게 함으로써 인체에 안전성을 확보 할 수 있다. 본 논문에서는 MCU(Micro Controller Unit)와 8비트 전류 구동형 DAC(Digital to Analog Converter)를 이용하여 뉴런세포를 자극하는 Biphasic signal을 생성하는 시스템을 구축하고, 뇌에 이식하여 뉴런세포를 자극하여 뇌졸중, 파킨슨병, 알츠하이머 같은 뇌 질환을 치료하는 것을 목적으로 한다.
  • 본 논문에서는 뉴런 세포를 자극하기 위한 DAC를 설계하였다. 저전력, 고해상도의 성능을 만족시키기 위해 분할방식 구조를 이용하여 설계 하였고, 이는 MSB 3비트와 LSB 5비트로 나누어 온도계 코드 디코더와 이진 가중치 구조를 혼합하여 해상도가 높고 단순한 구조이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
의료용 전류 자극기는 어떤 상황에 쓰이는 의료기기인가? 의료용 전류 자극기는 약물 치료가 어려운 환자의 통증 경감 및 재활치료에 사용되는 의료기기로서 전기 자극을 이용하여 신경세포가 손상 될 수 있는 주요 영역을 보존함으로서 부작용과 후유증이 적고 절제 수술에 비해 최대한 정확하게 치료할 수 있으며 사용이 간편한 장점이 있다. 그리고 현재 세계 의료기기 시장이 성장함에 따라 병원과 가정에서 의료용 전기 자극기의 수요가 증가하고 있다.
이진 가중 전류원 구조 DAC의 장점은 무엇인가? 먼저 이진 가중 전류원 구조 DAC는 전류미러와 스위치를 이용하고 LSB에서 MSB까지 트랜지스터의 채널폭을 2배씩 증가시켜 각각의 디지털 입력이 전류원에 연결된 스위치를 ON/OFF 시킴으로써 해당 전류를 출력하게된다. 이는 간단한 구조를 가져 빠른 속도를 가진다는 장점이 있지만, 스위치가 ON/OFF 될 때 글리치 에너지가 크다는 단점이 있다. 이를 개선한 방식으로 온도계 디코더 구조 DAC가 있다.
의료용 전류 자극기의 장점은 무엇인가? 의료용 전류 자극기는 약물 치료가 어려운 환자의 통증 경감 및 재활치료에 사용되는 의료기기로서 전기 자극을 이용하여 신경세포가 손상 될 수 있는 주요 영역을 보존함으로서 부작용과 후유증이 적고 절제 수술에 비해 최대한 정확하게 치료할 수 있으며 사용이 간편한 장점이 있다. 그리고 현재 세계 의료기기 시장이 성장함에 따라 병원과 가정에서 의료용 전기 자극기의 수요가 증가하고 있다.
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