1、全球因視網膜色素變異(RP:retinitis pigmentosa)或老年黃斑(AMD:age-relatedmacular degeration)而致盲的人,數(shù)以百萬計。這類患者中,盡管視網膜內的光感受器完全受損,但與光感受器相連的神經細胞存活率較高,視覺傳送的通路依然完好。研究發(fā)現(xiàn),用適當?shù)碾娦盘柎碳み@些存活的神經細胞,這類盲人能在一定程度上獲得視覺感知。隨著集成電路技術、微系統(tǒng)加工工藝技術、射頻無線技術和生物醫(yī)學技術等的進步,基

2、于神經電刺激的人工視覺功能修復技術已成為當前人工器官領域的研究熱點之一。本文在國家自然科學基金項目(No.30470469)資助下,旨在從電路層面上研究一種適用于自然光照條件的、替代盲人視網膜中受損光感受器的CMOS視網膜修復芯片。
　　 利用國際上已有的研究成果和相關文獻,論文首先介紹了人工視覺功能修復技術的概念、分類及特點。從視網膜的多層細胞結構及其信號傳導過程出發(fā),闡述了神經細胞電刺激產生動作電位的原理:在分析神經電刺激視

3、覺修復技術所涉及的幾個重要因素之后,得出了開展本論文研究的理論與實驗依據(jù)。從電路層面綜述了國際上在這一領域內的研究現(xiàn)狀,在比較這些主流方案的優(yōu)點與不足之后,提出了本論文擬研制的視網膜修復芯片的功能要求和結構組成。
　　 提出了一種適用于自然光照條件下的視網膜修復電路:光電脈沖頻率調制像元電路。每一個像元都是一個獨立的振蕩器,其輸出信號的正脈沖寬度(高電平持續(xù)時間)在其動態(tài)工作范圍內基本保持恒定、頻率受入射光強度調制并與入射光強度

4、成比例。對影響像元電路性能的因素做了深入的研究,對像元電路的關鍵指標進行了優(yōu)化設計。實驗結果表明,較之相似視網膜修復電路,本文提出的的像元電路具有一系列較高的性能:動態(tài)范圍大、脈沖寬度基本恒定、功耗低、像元面積小等優(yōu)點。
　　 一般采用射頻無線感應傳輸技術為植入體內的器件提供電源。論文利用相關文獻對無線感應能源傳輸技術進行了闡述和總結。提出了一種可以片上集成的射頻電源電路,對其各組成部分:整流濾波單元、參考電壓源和單位增益緩沖器

5、等進行了設計和驗證。仿真結果表明,輸入射頻信號的幅值在一個比較大的變化范圍內,設計的射頻電源電路都能為光電脈沖頻率調制像元陣列提供穩(wěn)定的直流電壓。
　　 結合所選的0.5μm2P3M CMOS加工工藝,進行了視網膜修復芯片的版圖設計。所設計的樣片上包含了一個8×8的光電脈沖頻率調制像元陣列、5個光電二極管面積不同的測試像元及片上射頻電源電路。單個像元的尺寸約為50μm×50μm。
　　 作者在標準色溫燈和自然光照條件下,

6、分別對加工的視網膜修復芯片進行了測試。測試包含3個方面的內容:直流電壓驅動下光電脈沖頻率調制像元電路的性能、射頻電源電路的性能以及射頻電源電路提供驅動電壓下像元電路的性能。測試結果表明,射頻電源電路能為像元陣列提供穩(wěn)定的電壓和所需的驅動電流,適用于為體內植入器件提供電源；光電脈沖頻率調制像元電路在幾個關鍵指標上都表現(xiàn)出了較高的性能,基本達到了設計目標。整個電路設計符合視網膜修復芯片高密度、低功耗的發(fā)展方向,在電路層次上已經達到了視網膜視