ارزیابی پایداری عملیاتی و تحلیل قابلیت اطمینان بلندمدت مبدلهای آنالوگ به دیجیتال فلش در پروتزهای قلبی تحت تاثیر پدیده های پیرشدگی ترانزیستور

با پیشرفت روزافزون تجهیزات الکترونیک زیست پزشکی کاشتنی تضمین عملکرد بدون خطای مدارات واسط آنالوگ در بازه های زمانی طولانی بیش از یک دهه به یک چالش حیاتی تبدیل شده است. در این پژوهش، اثرات پدیده های تخریبی فیزیکی شامل ناپایداری دمایی پیوند منفی (NBTI) و تزریق حامل های داغ (HCI) بر عملکرد یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) فلش ۴ بیتی مبتنی بر مقایسه گرهای پویای StrongARM مورد واکاوی قرار گرفته است. هدف اصلی تحلیل میزان جابه جایی سطوح کوانتیزیشن (Quantization Levels) و تغییرات مشخصه های استاتیک و دینامیک مدار در اثر پیرشدگی (Aging) ترانزیستورها در محیط فیزیولوژیک بدن انسان است. در این مطالعه با استفاده از مدل های پیرشدگی استاندارد در تکنولوژی CMOS ۱۸۰nm رفتار مدار در یک بازه عملیاتی ۱۵ ساله شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از تحلیل های آماری نشان می دهد که جابه جایی ولتاژ آستانه (Vth) در جفت های تفاضلی مقایسه گر، منجر به افزایش تدریجی آفست سیستماتیک و در نتیجه تخریب شاخص های خطی بودن (INL/DNL) می گردد. یافته های شبیه سازی حاکی از آن است که اگرچه نرخ سیگنال به نویز (SNR) در سال های ابتدایی پایداری بالایی دارد، اما با گذشت زمان خطای کوانتیزیشن به دلیل عدم تطابق ناشی از پیری افزایش یافته و منجر به افت تعداد بیت های موثر (ENOB) می شود. با این حال نتایج این تحقیق اثبات می کند که استفاده از معماری تفاضلی و بهینه سازی ابعادی ترانزیستورهای ورودی در این طرح حساسیت مدار به این تغییرات پارامتریک را به حداقل رسانده است، به طوریکه مبدل حتی پس از ۱۰ سال عملکرد مداوم دقت لازم برای تشخیص دقیق سیگنال های حیاتی قلب را حفظ می نماید. این پژوهش رهیافت های جدیدی را در طراحی سیستم های آنالوگ با طول عمر بالا برای پروتزهای قلبی هوشمند ارائه می دهد.

کلیدواژه ها:

مبدل آنالوگ به دیجیتال فلش ، قابلیت اطمینان ، پیرشدگی ترانزیستور (Aging) ، ناپایداری دمایی پیوند منفی (NBTI) ، قلب مصنوعی