Étude et conception d'un microphone sans fil très faible consommation pour implant cochléaire

Study and design of an ultra low power wireless microphone for cochlear implant application

• Auteur / Autrice : Yannick Vaiarello
• Direction : Gilles Jacquemod
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Nice

Mots clés

Mots clés contrôlés

Implants cochléaires

Circuits intégrés à faible consommation

Microphones émetteurs

Résumé

Réalisé dans le cadre du projet TrustMe-ViP en collaboration avec la société Neurelec, ce travail de thèse porte sur la conception et la réalisation de la partie « microphone sans fil » d’un implant cochléaire. Une architecture très basse consommation a été conçue et réalisée à travers deux prototypes en technologie CMOS 130 nm, qui présentent des performances très prometteuses. La taille réduite du système complet, intégrant la partie antennaire, lui permettra de se loger dans le canal auditif du patient, lui assurant un confort inégalé à ce jour. La première partie de ce mémoire présente l’élaboration des contraintes de conception du système liées aux spécifications particulières d’une application biomédicale. Ainsi, de nombreux critères tels que la propagation d’une onde électromagnétique dans le corps humain, la miniaturisation des éléments ou la consommation électrique de système de conversion et de transfert de données sont particulièrement étudiées afin de déterminer l’architecture la plus efficiente pour répondre au cahier des charges. La solution retenue est basée sur la mise ne cascade d’un amplificateur audio, un convertisseur tension – temps et un système de communication RF à 2,45GHz. Des simulations Matlab/Simulink haut niveau ont permis de valider cette architecture, d’étudier l’influence d’agresseurs RF comme Wifi ou Bluetooth et de proposer des contre-mesures. La dernière partie de ce travail concerne la conception et la réalisation de deux prototypes en technologie CMOS 130 nm, réalisant ce microphone sans fil, ainsi que leurs tests sous pointe ou sur PCB. Une étude système est également mise en avant par des mesures comprenant ce microphone sans fil ainsi qu’un récepteur RF, incluant un démodulateur propriétaire. Cette partie réception, réalisée par des composants discrets sur une carte imprimée, permet d’en définit l’architecture et les spécifications de chaque loc pour une intégration future. Elle a permis également de valider la chaîne d’émission-réception complète.

Part of the TrustMe-ViP project in collaboration with the Neurelec Company, this thesis explains the design and the implementation of the « wireless microphone » for cochlear implant application. A ultra-low power architecture has been designed and developed through two prototypes in CMOS 130 nm, which have very promising performance. The small size of the entire system, including the antennal part, it will fit into the patient ‘ear canal, ensuring a comfort to date. The first part of this work presents the analysis of the design constraints of the system with the particular specifications of a biomedical application. Thus, many criteria such as the propagation of an electromagnetic wave in the human body, the miniaturization of components and power consumption of system conversion and data transfer are especially studied to determine the most efficient architecture to meet the specifications. The solution adopted is based on the cascade of an audio amplifier, a voltage to time converter and a RF communication system at 2,45GHz. Simulations with Matlab/Simulink helped us to validate this architecture and to study the influence of interferents such as Wi-Fi or Bluetooth RF. The last part of this work concerns the design, the implementation and the performance of two prototypes in CMOS 130 nm, making this wireless microphone, and their tests in wafer or PCBs. A study system is also highlighted through measurements including the wireless microphone and an RF receiver including a owner demodulator. The reception part, carried out by discrete components on a printed board, allows defining the architecture and specifications of each block for future silicon integration. It also helped to validate the complete transceiver.