通用可配置生物电刺激芯片的设计

论文摘要

电刺激器在生物医学方面的应用非常广泛,随着应用的深入,对电刺激器也提出了更高的要求,所以现在的电刺激器都往小型化、便携化、低功耗和多应用方面发展。本文描述了一款生物电刺激芯片数字部分的设计过程。首先,本文会介绍电刺激领域研究的背景和意义,然后对电刺激芯片的现状做出总结,以此来引出本芯片设计的意义。接着,详细介绍了本设计的创新点——通用性、可配置性。之后是芯片的具体实现过程,包括:功能的考虑和结构的设计,芯片各个模块的划分,电路的综合及相应的版图实现。论文的最后会对现有的结构和设计提出改进的方案,为后续的工作做好必要的准备。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 生物电刺激系统研究的背景和意义
• 1.2 生物电刺激器和电刺激芯片领域的发展
• 1.3 本课题的设计和创新
• 1.3.1 本课题产生的原因
• 1.3.2 本设计的创新点
• 1.4 本文的主要研究内容及组织结构
• 第二章 芯片的功能和结构介绍
• 2.1 芯片的应用和要求
• 2.1.1 面瘫患者闭眼功能的恢复
• 2.1.2 对肌肉或神经的刺激来恢复肢体的运动能力
• 2.1.3 芯片的性能要求
• 2.2 芯片主要功能概述
• 2.3 芯片拓扑结构的选择
• 2.3.1 Parallel bus topology 结构
• 2.3.2 Serial shift topology 结构
• 2.3.3 Clustered driver topology 结构
• 2.3.4 本设计的最终结构
• 2.4 数据包和配置包的格式说明
• 2.5 芯片数据传输的分析
• 2.5.1 电路数据传输率的计算分析
• 2.5.2 数据流向的说明
• 2.5.3 状态机的设计
• 2.6 本章小结
• 第三章 芯片各功能模块的划分和验证
• 3.1 Global Digital Controller
• Slave'>3.1.1 SPI_Slave
• detector'>3.1.2 Header_detector
• checker'>3.1.3 Crc_checker
• reg'>3.1.4 Shift_reg
• reg'>3.1.5 Config_reg
• 3.2 Local Digital controller
• generator'>3.2.1 Timing_generator
• and'>3.2.2 Logic_and
• controller'>3.3 Top_controller
• 3.4 各个功能模块的仿真和验证
• 3.4.1 基于软件的仿真和验证
• 3.4.2 基于FPGA 的仿真和验证
• 第四章 电路的综合及版图
• 4.1 电路综合的原理和工具介绍
• 4.1.1 电路综合的原理
• 4.1.2 综合工具介绍
• 4.2 电路综合的基本步骤
• 4.2.1 设置需要的库文件
• 4.2.2 读入设计文件
• 4.2.3 设置设计环境
• 4.2.4 选择综合策略
• 4.2.5 读入约束文件
• 4.2.6 编译
• 4.2.7 分析并输出相应的report 文件
• 4.2.8 产生网表文件
• 4.3 DC 综合的过程、结果和总结
• 4.3.1 DC 综合的过程
• 4.3.2 DC 综合的结果
• 4.3.3 DC 综合的总结
• 4.4 电路版图设计原理和相应工具介绍
• 4.5 电路版图设计的步骤、设计和总结
• 4.5.1 Design Setup
• 4.5.2 Floor Planning
• 4.5.3 Timing Setup
• 4.5.4 Placement
• 4.5.5 CTS
• 4.5.6 Routing
• 4.5.7 设计规则检查
• 4.5.8 版图电路关联检查
• 4.5.9 布局布线的总结
• 4.6 本章小结
• 第五章 课题的总结及改进
• 5.1 研究的总结
• 5.2 未来的展望
• 5.3 后续研究工作和方向
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文