基于高阶调制技术的视神经刺激器数字电路优化及后端物理设计

摘要

视觉是人类感知世界的主要途径,现实生活中70％以上信息来自视觉。每年,成千上万的人由于眼球的外部损伤或不可治愈的眼疾而丧失光感甚至完全致盲,其中视网膜色素变性(RP)和老年黄斑变性(AMD)导致的视力丧失,几乎没有办法通过常规方式治愈。
　　利用视觉损伤主要发生在部分视觉通路的特点,科学家提出一种通过人工电予装置代替视觉通路中缺陷,以帮助盲人修复视觉功能的方法,即视觉假体。该装置收集外部图像信息,经处理后,通过电极阵列直接刺激正常视觉神经,诱发视神经产生动作电位并传送到大脑皮层,从而使盲人产生光幻视。
　　本文主要对视觉假体无线通信中高阶差分相移键控(MDAPSK)技术进行电路设计与优化并研究MDAPSK芯片的后端设计方法。论文首先结合算法原理介绍了16DAPSK在视觉假体应用中的优势,并对其进行MATI,AB建模与仿真。在此基础上,结合滤波器系数对称、系数CSD编码、简化的RAG算法图等方法实现了I乜路的VLSI优化设计,优化后电路系统数据收发功能正确,硬件资源减少高达57％,电路体积的减小提高了视觉假体临床应用的可行性。之后,对16DAPSK.电路进行逻辑综合并插入扫描链,网表测试覆盖率达到97.94％。最终,基于smic O.18urn工艺详细介绍了l6DAPSK电路布局布线、静态时序分析、后仿真、设计规则检查、版图对照原理图一致性检查等后端设计与验证流程,得到16DAPSK芯片版图面积为1.3*1.3mm2。本文的高阶调制解调数字电路设计与优化工作为提高视觉假体应用性能提供了参考方案:同时,数字芯片的后端物理实现与验证方法为后续流片提供了保证。

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1 前言

1.1 研究背景及意义

1.2 视觉假体简介

1.3 本文的主要内容与各章节结构

2 视神经刺激器高阶调制解调算法模型验证

2.1调制解调方式的选择

2.2 16DAPSK编解码方式

2.3 16DAPSK调制原理及实现

2.4 16DAPSK解调原理及实现

3 16DAPSK电路硬件资源的优化设计

3.1 16DAPSK调制解调电路VLSI硬件结构

3.2 16DAPSK调制解调电路VLSI优化设计

3.3 数字滤波器及整体电路仿真

3.4 16DAPSK电路优化后FPGA验证

4 16DAPSK电路逻辑综合与扫描链的插入

4.1 逻辑综合

4.2 扫描链的插入

5 16DAPSK电路芯片后端物理实现

5.1平面规划

5.2 布局与扫描链重组

5.3 时钟树综合

5.4 布线

5.5 电源完整性分析

5.6 工程命令变更

6 16DAPSK电路版图的后端验证

6.1 形式验证

6.2 寄生参数提取

6.3 静态时序分析

6.4 动态后仿真

6.5 物理验证

7 总结

致谢

参考文献