Design of an ultra low power and low noise Neural Recording Front-End Circuit for Epileptic Seizure Detection

(1)

هدکشناد یسدنهم و ینف

یشزومآ هورگ قبر یسدنهم

نایاپ نایاپ هجرد تفایرد یارب همان دشرا یسانشراک همان

کینورتکلا شیارگ قرب یسدنهم هتشر

کولب یحارط Front-End

نییاپ زیون و نییاپ ناوت اب یبصع تبث

عرص جنشت یرامیب صیخشت یارب

رگشهوژپ :

یوایخ یمیرکروپ اضردمحم

امنهار داتسا :

نادیواج داوج رتکد

رواشم داتسا :

---

9 تشهبیدرا هام 1398

(2)

(3)

ناونع و :روآدیدپ مان کولب یحارط

Front-End یوایخ یمیرکروپ اضر دمحم /عرص جنشت یرامیب صیخشت یارب نییاپ زیون و نییاپ ناوت اب یبصع تبث

داتسا نا امنهار : نادیواج داوج رتکد

داتسا :رواشم نا -

خیرات :عافد 09

/ 02 / 1398

دادعت حفص :تا 92

.ص

نایاپ هرامش :همان

/ رتویپماک و قرب یسدنهم 6186404

:هدیکچ :فده تیوقت یزاس هیبش و یحارط هزادنا هدننک

تااع طا نویاسارتلیف تاهج رتاگنایم راتلیف و نییااپ زیوان نییااپ یفرصم ناوت اب یریگ

لانگیس یلع یتایح یاه .زغم لانگیس صوصخلا

شور :شهوژپ یسانش یم میظنت ار لانگیس شجنس لاناک شهوژپ نیا

یم هک دنک همانرب هب دناوت

ظنت یبصع فلتخم یاه کای هک دوش می

هاب وابرم هاعلالم نایا .تاسا هتسب عرص یجنشت کیرحت متسیس یارب یتایح شخب ناایاپ

هامان :تاسا هدامع شاخب ود یاراد 1

رادام )

(Front-End) مک یبصع

مک و ناوت و زیون 2 مک متسیس کی ) یوراین نیاسناتپ لانگیاس ود ره یارب ناوت میظنت تیلباق اب یبصع تبث ناوت

یبصع و(AP) راد جوم عیرس رادم .(FR)

لانگیس تبث هناماس ییولج یاه

(Front-End)یبصع راتلیف کای و هدننک تیوقت کی نماش

تسا رتگ نایم (BPF)

یحارط نیا . تهج

زیون دوبهب -

تیوقت ییاراک و ناوت زکرمت نییاپ یفرصم ناوت رد بلق/ناوت و هدننک

هدومن .تسا

هتفای اه : رادم یزاس هیبش و یحارط لانگیس تبث هناماس ییولج

.عرص جنشت یرامیب صیخشت یارب یبصع یاه

هجیتن :یریگ تیوقت اب یبصع لانگیس تبث هناماس ییولج شخب راتخاس کی یحارط روظنم هب بسانم راتخاس کی همان نایاپ نیا رد هداننک

نایم رتلیف و یتایلمع یاناسرارت تیوقت .تسا هدش هئارا نییاپ یاهژاتلو رد رتگ

تایوقت اب هسیاقم رد یداهنشیپ یاناسرارت هدننک هداننک

یااه

حرط تاصخشم زا یخرب یزاس دوبهب و یتافلت ناوت هیتغت ژاتلو زیون شهاک تهج رد رگید هاب .تاسا هاتفرگ ترواص و داهناشیپ یلبق یاه

تسد روظنم لانگیس یسناکرف هدودحم هب یبای

نایم رتلیف زا زغم لانگیس ًاصوصخم یتایح یاه گ

هاتکن .تاسا هداش هدافتسا رت زئااح هاک یا

یسناکرف هدودحم ندروآ تسدب رد یمهم شقن و تسا تیمها یحارط رد هک تسا یراب نزاخ رادقم دراد نام

یام هدافتاسا ناام نایا .میانک

یژولونکت رد یداهنشیپ هناماس 180

رتم ونان تکرش هناخباتک ردCMOS

ناونع تحتTSMC .تسا هدش یحارطBSIM

هژاو ه :یدیلک یا جنشت یرامیب صیخشت

عرص زا یشان Front − End کولب

تیوقت هدننک G_m_C رتلیف نییاپ ناوت

نییاپ زیون .

(4)

(5)

1 فده و همدقم-

1 - 1 - یفرعم

لانگیس اه نکشتم نقتسم ریغتم دنچ ای کی زا یم

هدیدپ کی دروم رد ار یتاع طا هک دنشاب یکیژولویب ای یکیزیف

(6)

راد 1

ن زا هدنز تادوجوم .د هتخای

2اه ات هتفرگ مسیناگروا

یاه لانگیس ندب أشنم اب ییاه

یتسیز یم دیلوت نیا .دننک

لانگیس اه ًاتدمع یکیناکم یکیرتکلا تروص هب ییایمیش ای

دنتسه لانگیس . نویسازیر پد ةجیتن یکیرتکلا یاه

3

لولس ةچیهام ای یبصع یاه یاه

یبلق یم دنشاب هچیرد طسوت هدش دیلوت یادص . بلق یاه

هنومن ناونع هب ناوتیم ار یا

زا لانگیس یکیناکم یاه یم نینچمه دومن ناونع

هک دومن نایب ناوت نوخ PCO2

هلمج زا لانگیس

یاه ییایمیش

یم دشاب لانگیس نیا . لانگیس ای یکیژولویب یاه

یتایح یاه تسیز تاقیقحت و یکشزپ صیخشت یارب

- دروم یکشزپ

یم رارق هدافتسا گ

لانگیس .دنری مسیناگرا طسوت هک ییاه

دیلوت ندب یاه و

ب زیون ریثأت تحت ای هدش ولخم رگید مه ا

یم رارق لانگیس شزادرپ زا روظنم .دنریگ یتایح یاه

لانگیس زا رظن دروم لانگیس ندرک ادج 4

یاه ندب رد دوجوم و

و راد زیون سپس

زیلانآ لانگیس دیفم یاهرتماراپ یم

دشاب صیخشت یارب اهرتماراپ نیا . ملع رد یرامیب عون

هب یکشزپ

هدرب راک یم

لانگیس .دنوش یم یدیدش جاجوعا راچد یهاگ هدش تفایرد یاه

دننام( یلاقتنا لاناک زا یشان هک دنوش

تفاب زا هدافتسا هزورما .تسا )دراد دوجو لانگیس لاقتنا ریسم رد هک یفلتخم یاه یاهدورتکلا

تفایرد تهج یکشزپ

لانگیس یاه یبصع نیا .دنراد ناوارف دربراک اهدورتکلا

یرد اب لانگیس تفا یاه

یبصع یرامیب صیخشت رد یمهم شقن -

نآ لاقتنا و تاع طا هریخذ تفایرد .دنراد فلتخم یاه هساسح یحارط نینچمه و یکشزپ زکارم هب اه

دنناوتب هک ییاه

زا دنشاب ندب رد تشاک نباق تاناکما

هساسح یساسا هساسح نیا هک ییاجنآ زا .تسا یکشزپ یاه

لاصتا تیلباق دیاب اه

مهم .دنشاب هتشاد مک یفرصم ناوت و کبس نمح نباق دیاب دنشاب هتشاد ار ندب هب هساسح یحارط رد شخب نیرت

یاه

تیوقت یکشزپ لانگیس حیحص تفایرد رد یمهم ریثأت هک تسا نآ یکشزپ هدننک

نیا یحارط رد هک یتاکن .دراد

تیوقت یز .تسا هتسباو لانگیس یتاذ یگژیو هب دراد دوجو هدننک لانگیس ار

پ یاه تمسق یکشز زا ندب فلتخم یاه

ظاحل هنماد و سناکرف مهاب

دنراد توافت .

کش یب متسیس یحارط رد

یسناکرف و یژاتلو هدودحم هب دیاب یکشزپ یاه

لانگیس هژیو هجوت یکشزپ یاه تشاد

مهم زا یکی .دوش یحارط هلئسم نیا هب هجوت اب رظن دروم متسیس و نیرت

متسیس یکشزپ یاه متسیس

لانگیس تفایرد تهج .دنتسه یزغم لانگیس تخا یاه ژاتلو هرهب و دناب یانهپ یزغم

تیوقت هنوگ هب دیاب هدننک هک دوش یحارط یا

هدودحم رد سناکرف و ژاتلو

زغم لانگیس زیون نیا رب هو ع. دیامن تیوقت

کولب رگید اه

لانگیس و یلخادت یاه

مادنا هیقب یاه

س ندش بارخ ببس ندب یم یلصا لانگی

کی هئارا ور نیا زا دنوش

تیوقت ارتلیف اب هارمه رس کت ای یلضافت راتخاس اب ناوت مک و زیون مک یکشزپ هدننک یسناکرف هدودحم رد قیقد نویس

1 Biological

2 Cell

3 Depolarization

4 Vital signals

(7)

یم راک نیا بسانم رایسب هطوبرم دشاب

.

5جنشت ارتگ تروص هب هک زغم زا یتمسق دوخ هب دوخ تیلاعف زا تسا ترابع

یم قافتا ا

دتف ره زا . 100 دودح رفن رازه 7

- 6 نانز زا رتشیب نادرم رد یرامیب نیا .دنتسه تبم یرامیب نیا هب رفن

یم هدید تنوفع هبرض یزغم یاهروموت دننام یرگید یرامیب رثا رد تسا نکمم جنشت یرامیب .دوش

لاثما و یزغم یاه

.دنک زورب یصخشم تلع نودب هکنیا ای و دوش داجیا نآ 65

% ت جنش عرص یرامیب مان هک هدوب هیلوا تلع نودب اه نآ هب6

یم هداد .دوش

تیلاعف نارامیب زا یخرب رد اما .دشاب هلقن نامه هب دودحم تسا نکمم زغم زا هلقن کی یجنشت تیلاعف

یم رب رد ار زغم مامت یهاتوک تدم رد یجنشت جاوما بیترت نیا هب و هدش رواجم قطانم کیرحت ثعاب هقلنم کی گ

.دری

یم یمومع ای نماک جنشت ار مود عون و صقان ای و یعضوم جنشت ار لوا عون جنشت یرایشوه رامیب صقان جنشت رد .دنمان

یمن تسد زا ار دوخ یم تسد زا نماک تروص هب ار دوخ یرایشوه یهاتوک تدم یارب رامیب نماک جنشت رد اما دهد

-

.دهد جنشت یم هدید هدمع نکش ود هب بلغا نماک یاه ادتبا رامیب تسا فورعم گرزب عرص هب هک لوا عون رد دنوش

مادنا دیدش ضابقنا راچد مادنا همه رد یبوانتم تاکرح و هدش یرایشوه حلس شهاک راچد سپس و هدش اه

عورش اه

یم عون نیا رد زین ار دننام هیرگ ییادص هیر زا اوه جورخ و یسفنت ت ضع ضابقنا رثا رد تسا نکمم رامیب .دوش جنشت

مادنا رد یتکرح چیه رامیب عرص عون نیا رد .دراد مان کچوک عرص مود عون نماک جنشت .دنک هبرجت تروص هب و درادن اه

یم هدهاشم نآ دوخ هب دوخ تشگرب و یرایشوه ینهگنا شهاک ندش هریخ تروص هب ار دوخ بلغا جنشت عون نیا .دوش

یم ناشن ار دوخ هلقن کی هب رامیب یا یط رد .دهد

یمن تدم ن تاقافتا زا زین رامیب و درک رارقرب ابترا رامیب اب ناوت

دودح نآ عویش هک یبصع یرامیب نیا .تسا هاگآ ان ماک دوخ فارطا 1

هب تبم نارامیب زا یهجوت نباق شخب تسا %

نامرد اب عرص یمن سرتسد رد دوجوم یاه

دودح .دنوش نامرد یفاک هزادنا هب دنناوت 7

/ 1 عمج زا % عرص ناهج تی

یم هدافتسا جنشت شهاک یارب عرس دض یاهوراد زا نارامیب رثکا .دنراد نآ نایم رد و دننک

نارامیب موس کی ًابیرقت اه

مه نارامیب مامت لاح نیا اب .دنراد وراد هب مواقم عرص جنشت نانچ

نآ یگدنز تیفیک رب هک درک دنهاوخ هبرجت ار ییاه -

یم ریثأت اه و رلخ و دراتگ

یم ناشن فارطا دارفا و نارامیب یارب ار یتحاران .دهد

أشنم یور هعلالم لانگیس

EEG7

و

8ECG

نآ دیلوت هوحن لانگیس نیا دربراک رد اه

دیلوت رد رثؤم نماوع نتسناد .دراد یدایز ریثأت اه لانگیس

اه یم دناوت

هدافتسا یارب یبسانم یاشگ هار لانگیس ف خ رب .دش بلق و زغم درکلمع تم س نازیم صیخشت رد نآ زا

هک ECG

Seizure

1

2 Epileptic

1 Electroencephalogram Electrocardiography

2

(8)

4 رادم

Front-End لانگیس تبث

عرص جنشت یرامیب صیخشت یارب یبصع یاه

لانگیس .تسا صیخشت نباق و فورعم رایسب یلکش یاراد

EEG

متیر یاراد طیارش هب هتسباو هک تسا فلتخم یاه

نوگانوگ یتکرح و یسح یم

دنشاب لانگیس رد . هفلؤمEEG

سناکرف اب ییاه یز رایسب و مک رایسب یاه

یم هدید دا دوش

زا یرتمک هدودحم یداع یرادربراون رد نیلد نیمه هب .)صاخ طیارش رد رگم( دنرادن یتیمها یکینیلک رظن زا هک سناکرف یم هتفرگ رظن رد اه یم تیمها نیرتشیب یاراد ناور و باصعا یژولویزیف رظن زا هک دوش

.دشاب هدودحم نیا

نیب 1 / 0 ات 100 رتدودحم تلاح رد و زتره نیب

3 / 0 ات 70 یم زتره هدودحم رادیب غلاب یعیبط درف کی رد .دشاب

سناکرف (نییاپ یاه 3

/ 0 ات 7 سناکرف و زتره ) یلااب( لااب یاه

30 یم هدید تردن هب )زتره دوش

.

هدمع شخب لانگیس زا یا

دندرگیم میسقت یلصا راهچ هب دناب یانهپ ساسارب یزغم یاه :

اتلد جاوما نیب یجاوما :

5 / ات . 5 / 3 یرامیب زا یخرب رد و قیمع باوخ نادازون رد هک زتره یزغم یاه

یم هدهاشم سوملاات زا ناشزغم رشق یرشق ریز یضرع علق رثا رد هک یتاناویح زغم رشق رد نینچمه جاوما نیا .ددرگ

یم هدهاشم تسا هدش ادج . دوش

تسا یعیبط ریغ نلااسگرزب رد اتلد جاوما هدهاشم تقیقح رد .

اتت جاوما سناکرف اب یجاوما :

نیب ییاه 4

ات 7 نایهآ یحاون رد هک زتره لافطا رد رتشیب و زغم یهاگجیگ و یاه

یم هدهاشم زا عون نیا زین دنرادرارق یناور راشف تحت ای و دنتسه یگدرسفا راچد هک ینلااسگرزب رد هتبلا ددرگ

لانگیس تسا تبث نباق اه .

افلآ جاوما رد یجاوما :

هدودحم یسناکرف

8 ات 13 تلاح رد و یعیبط دارفا رد هک دنتسه کیمتیر و زتره

بث نباق شمارآ طیارش رد و هتسب نامشچ اب یرایشه هیحان رد رتشیب جاوما نیا .تسا ت

سپ یم تبث یرس نیااما .ددرگ

نایهآ یحاون زا ار جاوما یم زین یناشیپ و یاه

دومن تبث ناوت .

اتب جاوما اتب جاوما :

تیلاعف رد نایهآ و یناشیپ یحاون رد و هدش داجیا یزغم دیدش یاه

دنتسه تبث نباق یاه

سناکرف یاراد زا ییاه

14 ات 50 زتره یم نماش ار هنوگ ود هب جاوما نیا.دنوش

I اتب اتب و یم میسقتII اتب جاوما .دندرگ

I

ب جاوما .دنتسه افلآ جاوما ربارب ود ات یسناکرف یاراد ات لاومعم II ات

دیدش تیلاعف نامز رد زین و یزکرم باصعا متسیس

یم داجیا یحور راشف طیارش رد یم نیب زا رگید عون اتب لانگیس زا یعون دیلوت اب تقیقح رد .ددرگ

.دور

زا ییاهدورتکلا هک

اب تقد هب راک هتفرگ یم دنوش یلانگیس اب

هنماد یلیخ مک یم دناوت نصاح دوش یارب نآ هک نیا

ریداقم ار ات یدح هک نباق لامعا هب ناونع یدورو هاگتسد تبث هدننک دشاب لااب میروایب تیوقت نباق هظح م نیگ(یا 50 )

(9)

دروم زاین .تسا زا نآ ییاج هک میس یاه طبار دورتکلا دنلب دنتسه و یلیحم هک تبث رد نآ تروص یم دریگ مه ًلاومعم زا

رظن یکیرتکلا رپ

زیون تسا یارب تسدب ندروآ تبث اه و EEG

اب ECG

تیفیک لااب هدافتسا زا تیوقت هدننک یاه یلضافت

هک ًاتاذ سنادپما یدورو

و تبسن در تلاح کرتشم ییلااب9

دنراد یم دناوت رتدیفم عقاو .دوش رد یضعب زا زکارم اب قاتا ییاه

هک زا رظن یکیرتکلا رپس

ظفاحم )دلیش(

دنراد یاهزیون یکیرتکلا

یلیحم ًاصوصخ زیون 50 زتره قرب بوانتم رهش ار هب

نقادح یم دنناسر هکنانچ

ً بق هتفگ دش رتشیب تاع طا دروم

هق ع رد و EEG

یاهدنابرد ECG

یسناکرف نییاپ

رت زا

600 زتره رارق دنراد سپ دیاب هب هدودحم یسناکرف تیوقت

هدننک تقد دوش ات رد هدودحم یسناکرف

وبرم هب لانگیس اه

درکلمع یتسرد ار هتشاد .دشاب

نیریفورون زا یشان یناهگان جنشت زا یشان عرص جنشت یم زغم یعیبط درکلمع علق ثعاب هک تسا ماگمه10

رد .دوش

دنک یریگولج نارامیب گرم لامتحا و تکرح لرتنک نداد تسد زا تخانش نداد تسد زا تسا نکمم هجیتن

(L. D.

Iasemidis, et al, 2003)

دودح.

50 دودح هلمج زا( ناهج رسارس رد رفن نویلیم 3

زا )هدحتم تلاایا رد رفن نویلیم

یم جنر عرص جنشت یاراد عرص هب تبم نارامیب زا موس کی لاح نیا اب .تسا وراد عرص نامرد یلصا شور هزورما .دنرب

یکشزپ نامرد عون ره هب مواقم هک دنتسه یم یحارج شور هب نامرد .دنا

دناوت جنشت هب تبم نارامیب رد ای یئزج یاه

یلولس یپا هقلنم کی زا شیب یاراد هک یدارفا ای یمومع تاجنشت هب تبم نارامیب لاح نیا اب .دشاب رثؤم ینوناک یمن ناشن دوجوم یحارج نامرد اب ار جنشت نماک لرتنک لاومعم دنتسه یحارج نمع تسا نکمم نیا رب هو ع .دنهد

ارثا هب رجنم یم ناشن دهاوش شیازفا ًاریخا .دوش رامیب زغم هب تشگرب نباق ریغ ت

قیمع یزغم کیرحت هک دهد

11

( جنشت لرتنک یارب نئملم و رثؤم هار کی ناونع هب )DBS

نف .تسا دامتعا نباق یعرص یاه روهظ لاح رد یروآ

DBS

یکشزپ دامتعا نباق یبصع تلا تخا زا یرایسب نامرد هب -

میب دننام یحارج و عرص یگدرسفا شپت نوسنیکراپ یرا

یم کمک هریغ نکش رد هک رولنامه .دنک

1 - 1 نردم متسیس کی تسا هدش هداد ناشن DBS

روتارنژ کی لاومعم

تنلپمیا سلاپ ( 12

هیحان رد دنمفده یاهدورتکلا اب رامیب زغم هب ندرگ قیرط زا ار یبایریسم دنچ و رامیب ندب رد )IPG

یم نماش زغم صاخ دوش

. کیرحت IPG

تفاب راهم یارب اهدورتکلا قیرط زا ار یکیرتکلا سلاپ یاه دح زا شیب یاه

یم هئارا زغم هدش کیرحت هناشن مامت نایم رد .دهد

ش ت شیازفا اب عرص کیرحت اه هب هتفای صاصتخا یتاقیقحت یاه

.تسا روهظ لاح رد تعرس هب نآ

1 common mode rejection ratio

10Neurofirin

11Deep Brain Stimulation (DBS)

12Implant Pulse Generator

(10)

6 رادم

لکش 1 - 1 - متسیس DBS زا يزاجم هعطق( ارجا لباق Medtronic

Inc ، ).

متسیس نیدنچ رضاح لاح رد DBS

هرهب اب زا یریگ یم راک یبصع رگسح

یسرزاب هب زاین نامرد نویسارتیت .دننک

سیون همانرب کی قیرط زا ار نامرد کیرحت یتسد روط هب نآ زا سپ هک دراد کشزپ کی طسوت ینیلاب مئ ع یرصب هب هک ینیلاب هب میس یب تروص

یم رارقرب ابترا IPG

یم میظنت دننک متسیس کی تیاهن رد نیا .دنک

"

هفرط کی

"

( رتسب و زغم نماعت متسیس هب زاین نامرد کیرحت راکدوخ و موادم نیوحت زا هدافتسا اب .تسا هک دراد یگتسب )BMI

تیلاعف رب تراظن ییاناوت دیاب ش یتسرد هب و موادم روط هب ار زغم یاه

یم رب رد ار جنشت عور متیروگلا .دریگ

ددعتم یاه

یگژیو هلمج زا جنشت صیخشت لاس یط رد یدنب هقبط و جارختسا دراد دوجو یاه

لولس هتسب هقلح لرتنک یارب اه -

رب غلاب .تسا هدش داجیا عرص هب تبم نارامیب یارب یبصع یاه 50

عرص یرامیب زا ناهج رد رفن نویلیم یم جنر13

دنرب

هک جنشت راچد اه نآ موس کی دودح یم ییاه

یم یزغم کیرحت .دنتسین وراد زیوجت اب لرتنک نباق هک دنشاب کی دناوت

جنشت ندرک لرتنک یارب رثؤم هار صیخشت یزغم کیرحت کمک هب نامرد ت کشم زا یکی .دشاب عرص رسدوخ یاه

یم جنشت عوقو و عورش نامز کی هک دنراد یعس ناققحم ًاریخا .دشاب

تشاک نباق هشارت یزغم قیمع کیرحت

تیلباق اب

تیلاعف صیخشت .دننک یزاس هدایپ و یحارط ار راکدوخ تروص هب یزغم یاه

یسررب حیرص روط هب اه یم ناشن

ناسون زا صخشم عون کی عوقو هک دهد لااب سناکرف یاه

یزغم تیلاعف رد 14

طبترم یبوخ هب جنشت عورش ماگنه اب عرص هب تبم نارامیب یم لانگیس نیا .تسا

شور کمک هب دناوت

همجمج نخاد یفارگولافسناورتکلا رارق رایتخا رد ار جنشت عوقو نامز صیخشت یارب ار یدیفم تاع طا و هدش تبث 15

لانگیس یژرنا .دهد یسناکرف هزاب رد ًاتدمعFR

250 یلا 500 زا نآ هنماد و دراد رارق زتره 30 μV

ات 5mV

/ 1 هتسب

تکلا زیاس هب لانگیس تبث دنیآرف رد هدش هدافتسا دور

یم رییغت IEEG

.دنک نآ زا ره رد تسا نکمم جنشت هک ییاج

ماجنا هتسویپ روط هب ار لانگیس تبث ینلاوط تدم یارب یتسیاب رظن دروم هدش یحارط عمتجم رادم دهدب خر ینامز

13 Epilepsy

14 Fast Ripple

15Intracranial Electroencephalography

(11)

یم تابثا ار هشارت ناوت فرصم ندوب نییاپ یارب حضاو نیلد نیا و دهد ک

دروم یبصع لانگیس تبث رادم نینچمه .دن

لانگیس یتسیاب رظن اب دراوم نیا رب هو ع .دنک تیوقت یبوخ هب یشزادرپ هنوگ ره زا نبق ار هدش تفایرد فیعض یاه

لانگیس هنماد ندوب کچوک هب هجوت رایسب هناماس نک یدورو هب هدش هداد عاجرا زیون دیاب هدش تبث یبصع یاه

رد ات دشاب کچوک و ناوت مک عمتجم مامت یحارط هب همادا رد نیاربانب .دنکن دراو یللخ لانگیس تبث دنیآرف یتسرد

یم هتخادرپ یزغم لانگیس تبث هناماس ییولج شخب رادم زیون مک .دوش

1 - 2 - شهوژپ ماجنا ترورض

هدیچیپ زغم دیاش هزوح هب هک دشاب یمتسیس نیرت

.تسا هدش دراو یملع یتاعلالم یاه هک یبوانتم سایقم

10 هب

ناوت 11 ادک ره هک دراد نورن نیگنایم روط هب م

1000 یم سپانیس یم یزغم تابساحم عوضوم هک دنزاس

رد دناوت

ی دروم هزوح نک ات تارقف نوتس تیردند ک رب رد ار زغم سکتروک

یم ش ت رضاح لاح رد .دریگ یرازبا ات دوش

مجح نیا دناوتب هک دوش هتخاس یهاگشیامزآ د میظع

دوجو نیا اب .دنک یروآدرگ ار هدا یژولونکت رضاح لاح رد

نم هب .تسا هدناسر هداد زا یروصت نباق ریغ هوبنا هب ار راتفر و باصعا مولع هزوح نادنمشناد و ربتعم شناد فشک روظ

هداد ریسفت دنمزاین هدمآ تسدب یاه

ماگ طسوت اه

کینکت هب یبایتسد هار رد یساسا ی و یرامآ یاه

.میتسه یطابنتسا

یرایسب یارب هخاش و باصعا مولع نارگشهوژپ زا

هتسباو یاه نآ شهوژپ یلصا هگنت و هاگولگ

هلحرم اه هک تسا یا

هداد تسا رارق هداد نیلحت .دنیامن نیلحت ار هدمآ تسدب یاه

و تسا یفلتخم نحارم هدنریگرب رد اه شزادرپ شیپ زا

هجیتن ات تاع طا و یریگ

رازگ نایب ه

یم رب رد ار یملع یاه کینکت .دریگ

هدیچیپ تبسن هب و فلتخم یاه روظنم هب یا

یم هتفرگ راکب جیاتن هب یبایتسد هداد اب راک .دوش

میجح یاه رب زا هدافتسا دنمزاین لااب یلماعت حولس و داعبا اب

همان یاه

.تسا مزلا هبرجت و بسانم یرتویپماک هداد

کینکت زا هک ییاه نردم یاه

ینوگانوگ نادنمشناد طسوت

یم تسدب دنیآ

شور(

شور دننام ییاه شرازگ یلوکلوم یاه

یریگ

Patch clamp

لا کت تاعلالم ینوتوف ود یرادرب ریوصت و یدورتک

یدنمناوت یدورتکلا دنچ یفارگولافسنآورتکلا یرایتخا یرادربریوصت یلحم هنیمز یاه

PET MRI

F

و MEG

تاعلالم نینچمه ص هب )لاکیزیفوکیاس و یراتفر

یمن شهوژپ و هعلالم نباق ماخ ترو کینکت نیا .دنشاب

یم اه دنناوت

جاوما زا هداد یروآدرگ روظنم هب ریواصت و .دننک هدافتسا اه

یفارگولافسناورتکلا

(EEG)

رگید و رس هبرض یرایشوه حلس شهاک و یجیگ جنشت هب تبم نارامیب یبایزرا یارب

ک یلیارش یم تساوخرد دنوش داجیا زغم درکراک رد ل تخا تلعب تسا نکمم ه

یارب هلیسو نیا نینچمه .ددرگ

(12)

8 رادم

یرامیب زا یضعب صیخشت هب کمک )نایسن ای یشومارف یرامیب نثم ( درف یناور درکراک ندش رتدب ثعاب هک یزغم یاه

یم وا یزغم درکراک ل تخا ای و یم دیفم دنوش

ب رد یهاگ نینچمه .دشاب یرامی

هک زین دیدش یدبک ای و یویلک یاه

یم )یتاپولافسنآ ( یزغم درکراک ل تخا ثعاب یم دنوش

صیخشت دییأت یارب زین یهاگ .درک هدافتسا هلیسو نیا زا ناوت

یم هدافتسا زغم راون زا یزغم گرم نثم یلیارش

.دوش

تاع طا جلاعم کشزپ هب زغم درکلمع هوحن هرابرد زغم راون

م یدیفم ی

نینچمه .دهد هتشتگ رد رامیب ایآ ؟ریخ ای تسا هداد خر یزغم هلمح ایآ هک دهد ناشن تسا نکمم EEG

هوقلاب ت کشم زغم رد ایآ ؟ریخ ای هدوب یزغم یرامیب هقباس یاراد لولس درکلمع تعرس نازیم رظن زا یا

یبصع یاه

.تسا رسدرد نودب و جیار یسررب زغم راون ؟ریخ ای دراد دوجو

یکی یکشزپ تازیهجت زا

عرص جنشت صیخشت متسیس لانگیس زیلانآ و تفایرد هک تسا

یم ماجنا ار یزغم یاه -

تمسق زا .دهد یم متسیس نیا یلصا یاه

لانگیس تبث ییولج هناماس هب میناوت هناماس نیا .مینک هراشا یزغم یاه

تیوقت شخب ود یاراد س تاصخشم ساسا رب هک تسا رتگنایم رتلیف و هدننک

یم هتخاس و یحارط زغم لانگی رد .دنوش

متسیس زا یرایسب یمن زغم زا هدش دیلوت فیعض لانگیس اب کرتشم دم لانگیس کی بیکرت نیلد هب اه

تیوقت زا ناوت -

هدننک تیوقت کی زا طیارش نیا رد اتل درک هدافتسا یلومعم یاه کت هدننک

کرتشم دم لانگیس شیازفا ثعاب هک رس

یم م هدافتسا دوش ی

.مینک

تیوقت .دشاب عیسو دناب یانهپ و لااب یدورو سنادپما رادیاپ هرهب یاراد یتسیاب متسیس نیا رد هدش یحارط هدننک

لانگیس تفایرد یارب متسیس نیا رد بورپ زا اه

یم هدافتسا یکیژولویب یاه دوش

متسیس رد . و عرص جنشت صیخشت یاه

هاگتسد اجنا ار زغم راون نتفرگ نمع هک ییاه یم م

و دنهد تیوقت و تفایرد نمع هک یکشزپ تازیهجت زا یرایسب

لانگیس تمسق یاه یم ماجنا ار ندب فلتخم یاه

یدورو شخب رد دنهد تیوقت یاراد ناش

هزادنا هدننک هک یریگ

تیوقت نینچ .دراد رارق تسا هدش هتخاس و یحارط لانگیس ره تاع طا اب بسانتم هدننک

رد دربراک نیلد هب یا

فادها زا هدش رکذ دراوم هک دشاب نییاپ یدورو هب هدش هداد عاجرا زیون و یفرصم ناوت رظن زا یتسیاب یکشزپ تازیهجت نایاپ نیا رد ام یلصا یم همان

.دشاب

1 - 3 - شلاچ شهوژپ یساسا یاه

کچوک یم ثعاب مجح و تحاسم رظن زا هدش یحارط یاهرادم ندش رت جرا زیون و یفرصم ناوت هک دوش

هب یعا

شلاچ هلمج زا یدورو شور زا .دشاب عمتجم تارادم حارط کی یساسا یاه

یم یفرصم ناوت شهاک یاه شهاک هب ناوت

(13)

یم هدش یحارط رادم تحاسم و یفرصم ناوت شهاک هب رجنم شور نیا هک درک هراشا اهروتسیزنارت داعبا نیمه هب .دوش

مهم زا یکی اهروتسیزنارت هزادنا نیلد تماراپ نیرت

یم باسح هب هسورپ ره رد یحارط یاهر داعبا شهاک ثحب هتبلا .دیآ

یمن یدیدج عوضوم کی اهروتسیزنارت دشاب

(Razavi,2009)

گرزب تکرش راتگناینب نوچ . Intel

یملع هلاقم کی رد

هدرک هراشا لاس ود ره رد اهروتسیزنارت دادعت یربارب ود شیازفا هب تبسن شهوژپ هلساو هب هزورما هک دنا

ه نیققحم یا

تکرش یمن شریتپ دروم نوناق نیا گرزب یاه دشاب

(Moore, 1995)

.

هلصاف ینعی روتسیزنارت لاناک لوط اب لومعم روط هب اهروتسیزنارت هزادنا یم صخشم نیرد و سروس نیب

.دوش

دودح زا هتشتگ لاس دنچ رد روتسیزنارت لاناک لوط 250

هب رتمونان 180

نآ زا سپ و رتمونان هب

90 شهاک رتمونان

مک و هب و هتفای شهاک نانچمه روتسیزنارت لاناک لوط یزورما عمتجم یاهرادم رد .تسا هتفای زا رت

50 هدیسر رتمونان

.تسا

ینامز .تسا یرایسب ت کشم و نئاسم نح دنمزاین و هدوبن ناسآ یکچوک داعبا نینچ هب یبایتسد هتبلا داعبا زا هک

رتمونان هد دنچ یم تبحص

شیپ نئاسم متا دنچ اب راک و میراد راک و رس متا یدودحم دادعت اب مینک ینیب

هدشن

یم خر یموتناوک نئاسم و ت کشم داعبا نیا رد عقاو رد .دراد لابند هب یرایسب گرزب داعبا رد هک دهد

نباق یگداس هب رت

یمن نونکا یلو ؛تسا ندرک رظن فرص مشچ نآ زا ناوت

.درک یشوپ رگید نکشم

تخاس یروانف هب یبایتسد

ناکما رضاح لاح رد هک تسا داعبا نیا رد روتسیزنارت رد یساسا تارییغت دنمزاین و تسین ریتپ

تخاس یاهرازبا و نونف

.تسا عمتجم یاهرادم

هدنزادرپ هئارا دهاش رضاح لاح رد هزادنا اب ییاه

یدودح ی 10

تکرش طسوت رتمونان هجوت اب و میتسه طبترم یاه

تیدودحم یم ییامندوخ رتشیب اهروتسیزنارت ندش کچوک اب هک هدشرکذ یاه

نتشاتگرس تشپ اب روم نوناق دنک 50

هنوگ هب طیارش و تسا یتارییغت راچد لاس هک هتفای رییغت یا

هزاب رگید ینامز

18 روم نوناق رد هراشا دروم ههام

هزاب نیا و تسین ییارجا 6

.تسا هتفای شیازفا هام نکش

1 - 2 یم ناشن ار تارییغت نیا رادومن .دهد

یاهرتویپماک نسن ایآ ؟تسا هدنیآ لاس دنچ رد یزورما یاهرتویپماک رصع نایاپ یانعم هب دادیور نیا ایآ اما

نک هب یزورما یم نیبزا

شور هب و هداد رییغت ار دوخ هار ینونک یاهرتویپماک ناگدنزاس هک نیا ای ؟دور یرگید یاه

؟دروآ دنهاوخ یور

(14)

10 رادم

هخاش تمس نادنمشناد روم نوناق نارود ندیسر نایاپ هب اب شور زا یدیدج یاه

هتفای قوس یتابساحم یاه ات دنا

ارب بسانم ینیزگیاج دنناوتب موزل ماگنه رد هنومن ی

شور ؛دننک هئارا اهرتویپماک یزورما یاه تابساحم هلمج زا ییاه

و یتسیز تابساحم یموتناوک یاهرادم ای پیچ زا یرثا اهرتویپماک نیا زا دیدج نسن رد تسا یهیدب هک هچنآ اما …

هدنزادرپ و عمتجم دوب دهاوخن ینونک یاه

(Moore, 1995)

.

مهم سایقم شهاک هک دوب نیا هدمآ دوجو هب نوناق نیا هار رس هک یت کشم نیرت

MOSFET

یرایسب ونان هزوح هب

شلاچ زا ف تا اهریخأت شوماخ تلاح یتشن نایرج تیگ رد هدش داجیا نیرد یتشن تیگ یتشن نایرج دننام اه

یم راکشآ ار رگید یرایسب و زیون دیلوت هاتوک لاناک تارثا ناوت شلاچ نیا .دنک

یم داعبا شهاک نیلد هب اه .دنشاب

دنتسه ریتپان بانتجا

(Allen, 2002)

.

تیوقت کی تسا هدش ش ت همان نایاپ نیا رد هیتغت ژاتلو اب کچوک داعبا رد یتایلمع هدننک

8 / 1 هدش یحارط تلو

بسانم راتخاس زا نیشیپ یاهراک هب تبسن هدش یحارط رتلیف و ط .تسا هدش نیکشت رت

یفیک یاهرتماراپ اب رادم یحار

هیتغت زاتلو اب و کچوک داعبا رد بسانم 8

/ 1 شلاچ زا نآ زیون شهاک سپس و تلو نایاپ نیا یارجا رد یلصا یاه

همان

یم رامش هب .دور

لکش 1 - 2 - اهروتسیزنارت دادعت يارب روم نوناق (Moore, 1995)

1 - 4 - متسیس یسررب

(15)

رد هدش هداد ناشن راتخاس هب هجوت اب نکش

1 - 3 یزغم لانگیس تبث یارب رظن دروم رادم ییولج شخب هعومجم

تیوقت شیپ رادم نماش نآ ییادتبا هقبط هک تسا هقبط ود نماش لانگیس هنماد شیازفا یارب هدننک

تبث فیعض یاه

نآ یزاس هدامآ و هدش گنایم رتلیف کی یدعب هقبط و شزادرپ تهج اه

هزاب زا یصاخ شخب باختنا روظنم هب رت

لانگیس یژرنا هک یسناکرف یم هدش هتفهن نآ ردFR

.دشاب

شلاچ .دراد دوجو رثؤم ناوت اب یعونصم کرحم کی یحارط اب ابترا رد یدایز یاه 1

ژراش نامز شرتسگ یارب )

یارب دیاب رثؤم ناوت متسیس کی کیرحت یاهرادم هب یفاک ناوت صیصخت و یرتاب کولب رگید زا ناوت رد ییوج هفرص

-

دننام متسیس یلصا یاه

Front-End

و ADC

لانگیس ربتعم تبث یارب .دبای هعسوت DSP

یلک زیون یتسیز یاه 8

رادم

Front-End

اولس یبصع زیون زا دیاب یجراخ یاه

10 - 5 نییاپ تلو ورکیم .دشاب رت

3 رادم )

Front-End

رداق دیاب

فآ هنوگ ره ات دشاب تس

.دنک در ار دورتکلا DC

4 رثؤم متیروگلا ) یاهوگلا صیخشت یارب دیاب DSP

لرتنک و FR

.دشاب هتفای هعسوت کیرحت یاهرتماراپ 5

کیرحت هک تسا یرورض زاین دروم متسیس یارب ) دنک در ار یعونصم یاه

تیوقت تسا نکمم نوچ هدننک

.دنک عابشا ار یبصع یاه

شلاچ اب هلباقم یارب متسیس کی هدش رکذ یاه

نکش .تسا هدش داهنشیپ هدش هتسب هقلح DBS

1 - 3 رادومن

یم ناشن ار متسیس یکولب نماش هک دهد

16 کولب .دنراد هباشم دورتکلا کی هک کیرحت و تیساسح لاناک

Front-

تیوقت شیپ نماش End

مک هدننک ( تخاونکی سناکرف رتگنایم رتلیف کی هب هکزیون

یم نصو )BPF

دوش تیوقت شیپ . -

ژاتلو هرهب داجیا یارب هدننک 70

یسد نب ات دناب یانهپ 20

( زتره ولیک

)

BW

یدورو زیون و

μVrms

200 هدش یحارط

زا هدش یحارط رتگنایم رتلیف سناکرف و .تسا 250

ات زتره 600 نکمم نیا تسا یفداصت جنشت عوقو .تسا زتره

رش زا نبق زور یتح ای تعاس هقیقد عورش تسا رادم نیاربانب .دوش عورش جنشت عو

Front-End

تیوقت شیپ(

+ هدننک

هروظنم دنچ یاهدورتکلا یارب ًلاومعم لاناک دنچ نیا رب هو ع .دنک لرتنک موادم روط هب ار زغم تیلاعف دیاب )BPF

یم هتفرگ رظن دروم لاناک زا کی ره یارب بلغا تاو ورکیم تردق نیاربانب دوش

یاه

Front-End

.تسا زاین دروم

لکش 1 - 3 - رادم يارب هدش داهنشیپ کولب رادومن Front-End

لانگیس تبث یبصع ياه

(Chengliang Qian, 2011)

Neural Front-end Block Neural

Pre-Amp BPF V_out

Vin V^X

(16)

12 رادم

لودج 1 - 1 - تیوقت تاصخشم هدننک

𝐕𝐚𝐥𝐮𝐞 𝐏𝐚𝐫𝐚𝐦𝐞𝐭𝐞𝐫𝐬

72.27 DC Gain (dB)

75.80 Open Loop PM (deg)

1 Capacitive Load (pF)

237.6 Input referred noise

[1 Hz − 100 MHz] (μV_rms)

165.1 Power dissipation (μW)

20 BW (KHz)

لودج 1 - 2 - رذگنایم رتلیف تاصخشم

𝐕𝐚𝐥𝐮𝐞 𝐁𝐚𝐧𝐝 𝐏𝐚𝐬𝐬 𝐅𝐢𝐥𝐭𝐞𝐫

250 − 600 Hz Band Pass

≤ 0.5 dB In Band Ripple

≤ 100 μw Power

1 - 5 - شهوژپ و قیقحت کولب یارب دیدج حرط کی قیقحت نیا

Front-End

لانگیس صیخشت رب ینتبم جنشت صیخشت یارب یبصع تبث

یم ماجنا ارFR

یم هک دهد هتسب هقلح متسیس زا یرورض یشخب دناوت

راک .دشاب عرص جنشت صیخشت لرتنک DBS

نآ .تسا جنشت صیخشت متسیس تخاس رد هدنزاس کولب ود نماش شهوژپ نیا یلصا اه

رادم ود

Front-End (

preamp

+ BPF

نکش رد ود ره دنتسه) 1

- 2 تیوقت شور مک زیون و مک ناوت رب زکرمت اب یبصع هدننک ناوت اب گنیرتلیف یاه

(17)

کینکت لااب ییاراک و رثؤم شور و میظنت نباق گولانآ نویسلاودم یاه

هدش یحارط تحاسم شهاک یاه یلصا مهس .دنا

تسا ریز حرش هب راک نیا :

1 ) رادم کی

Front-End

زیون مک و ناوت مک تسا هدش داهنشیپ عرص جنشت یرامیب صیخشت یارب یبصع تبث

ییاراک نیرتهب زا یکی رادم نیا زغم رد تشاک تیلباق رب هو ع هک هب نیشیپ یاهراک نایم رد ناوت و زیون یاه

یم باسح .دیآ

2 ) میظنت تیلباق اب ناوت مک یبصع لانگیس تبث متسیس کی نیا .تسا هدش داهنشیپ عرص جنشت صیخشت یارب

رادم نماش متسیس

Front-End

کی و .تسا مک یفرصم ناوت و ریتپ سایقم دناب یانهپ اب اتلد امگیسADC

اب هسیاقم رد مک تحاسم و مک ناوت اب عمتجم ماک هدرشف رتلیف کی یاراد دیاب متسیس زاین دروم ADC

.دشاب هدش ماجنا یاهراک

1 - 6 - همان نایاپ تایلک لانگیس تبث ییولج هناماس هب فورعم عرص جنشت صیخشت متسیس زا یشخب شهوژپ نیا رد یبصع یاه

(Front-

کولب زا نکشتم هکEnd)

تیوقت یاه هدرک یزاس هیبش و یحارط ار تسا رتگنایم رتلیف و هدننک

رورم کی لوا نصف .میا

یم هئارا ار شهوژپ تایلک زا دهد

مود نصف . کولب یحارط یرظن ینابم

Front-End

نماش هک یبصع تبث متسیس کی

تیوقت ناوت اب رتگنایم رتلیف و هدننک نییاپ زیون و نییاپ

جنشت صیخشت یارب ار عرص

یم هئارا مراهچ و موس نصف .دهد

کولب

Front-End

کی نماش یداهنشیپ شیپ

تیوقت وت مک رتگنایم رتلیف و ییاناسارارت هقبط کت هدننک زیون مک و نا

یژولونکت رد هک 18

/ 0 یحارط رتم ورکیم یزاس هیبش و

یم هئارا ار تسا هدش نصف .دهد

5 هجیتن ماجنا یاهراک یریگ

هص خ و رظن دم کولب یحارط رد هدش متسیس یحارط یارب تاداهنشیپ زا یا

هدنیآ یاه نصف و

6 هدش هدافتسا عبانم

نایاپ نیا رد همان

.تسا

(18)

14 رادم

Title and Author: Design of an ultra low power and low noise Neural Recording Front-End Circuit for Epileptic Seizure Detection / Mohammad Reza Pourkarimi Khiavi

Supervisor: Dr Javad Javidan (Ph.D) Graduation date: 29 April 2019

Number of pages: 92 Abstract

Research Aim: To design and simulate a low power consumption meter, low noise and intermediate filter for filtration of vital signal information, especially the signal of the brain.

Research method: This research adjusts the signal sensing channel that can be adjusted to various neurological programs, which is an essential part of the epileptic seizure stimulation system. This dissertation study has two main parts: 1) Low-power and low-noise neural networks (Front-End); 2) A low-power neural network capable of regulating both signals of neural force potential (AP) And fast rippling (FR). Front-end front-end signaling system includes a booster and a cross-pass filter (BPF).

This design focuses on improving the noise-power and amplifier performance and power / polarity in low power consumption.

Findings: Design and simulation of the front of the neural network signaling system for the diagnosis of seizure epilepsy.

Conclusion: : In this thesis, an appropriate structure is presented to design a front-end structure of the neural network signaling system with operational transducer amplifier and intermediate filter in low voltages. The proposed transducer amplifier is proposed in comparison with other amplifiers to reduce noise, power supply voltage, loss capacity, and improve some of the features of previous designs. An intermediate filter has been used to determine the frequency range of vital signals, especially the signal of the brain. The point that matters and plays an important role in obtaining our frequency range is the amount of capacitance we use in our design. The proposed system is designed in the technology of 180 nm CMOS in the TSMC library under the name BSIM.

Keywords: : epileptic seizure detection, ront-End Block, Amplifier, Gm_C Filter, Low Power, Low Noise.

(19)

(20)

University of Mohaghegh Ardabili Faculty of Engineering

Department of Electrical Engineering

Thesis submitted in partial fulfillment for the degree of M.Sc. in Electronic Electrical Engineering

Design of an ultra low power and low noise Neural

Recording Front-End Circuit for Epileptic Seizure Detection

By:

Mohammad Reza Pourkarimi Khiavi

Supervisor:

Dr. Javad Javidan

Advisor:

---

29 April 2019