Carte et bancs de caractérisation

V1” . . . 81 3.1.1.2 Les pré-amplificateurs . . . 82 3.1.1.3 Les filtres LFP et Fi . . . 83 3.1.2 Bancs de mesure développés . . . 84 3.1.2.1 Banc de mesure des diagrammes de Bode . . . 84 3.1.2.2 Banc de mesure du bruit . . . 85 3.1.3 Résultats de mesure . . . 86 3.1.3.1 Les pré-amplificateurs . . . 86 3.1.3.2 Le filtre LFP . . . 91 3.1.3.3 Les filtres Fi . . . 92 3.1.3.4 Le bloc de stimulation . . . 94 3.1.4 Conclusion de la campagne de mesure et amélioration en vue d’un second

prototype . . . 94

3.2 Mesures in vivo et Résultats . . . . 97

3.2.1 Fonctionnalité de la chaîne d’acquisition dans les conditions in vivo . . . 97 3.2.1.1 Banc de mesure in vivo . . . 97 3.2.1.2 Résultats . . . 98 3.2.2 Validation du système closed-loop dans les conditions in vivo (animal

éveillé) . . . 101 3.2.2.1 Description du premier système closed-loop avec une

stimula-tion originale . . . 101 3.2.2.2 Validation du fonctionnement du système closed-loop . . . 103 3.2.2.3 Perspectives . . . 104

3.1. Caractérisation de l’ASIC MINUS 81

3.1 Caractérisation de l’ASIC MINUS

Les chapitres précédents ont présentés les différentes fonctions de l’ASIC sous différents aspects : les choix au niveau système, la conception des fonctions qui le composent et leur simulation. Ce chapitre présente les mesures de caractérisation de ces fonctions. Un banc de mesure a été développé, le fonctionnement et les performances de ces fonctions sont présentées.

3.1.1 Carte et bancs de caractérisation

3.1.1.1 L’ASIC MINUS & la carte de caractérisation “MINUS Board V1”

Fig. 3.1 – (a) Micro-photographie de l’ASIC (b) La puce dans son package JLCC84 sur le circuit imprimé de caractérisation “MINUS Board V1”. Le circuit imprimé est principalement composé de résistances variables (rectangles bleus) et de connecteurs SMA (or).

L’ASIC MINUS a été envoyé en fonderie par l’intermédiaire du CMP (“Circuits Multi-Projets”), pour le Run A35C10_3, qui référence une fabrication en Technologie Austriami-crosystems 0,35µm CMOS C35B4C3. La puce a une surface de 3700 x 3700 µm2. La puce est encapsulée dans un package JLCC84. Une microphotographie ainsi que l’identification des dif-férents blocs du système sont présentés Fig.3.1(a). Le choix de cette technologie est expliquée par ses nombreux bons résultats en bruit, selon les conceptions proposées dans la même technologie dans la littérature.

La carte de caractérisation, “MINUS Board V1”, est présentée à la figure 3.1(b). La fig-ure 3.2 rapporte l’identification des différentes entrées/sorties, ainsi que les éléments de réglage ou d’alimentation nécessaire pour la chaîne d’acquisition. L’annexe G décrit les réglages prévus pour le bloc de stimulation. Dans cette même annexe sont présentés les dispositifs de mesure mis en place pour caractériser le circuit d’alimentation et le bloc de stimulation. Nous détaillons dans ce chapitre les mesures de caractérisation relatives à la chaîne d’acquisition. Les blocs de cette chaîne sont décrits plus précisément ci-dessous.

(a) (b)

Fig. 3.2 – Détails des différents réglages/entrées/sorties de la carte de caractérisation “MINUS Board V1”pour : (a) les pré-amplificateurs (encadrés continus), le filtre LFP (encadrés pointillés) et (b) les filtres Fi (encadrés continus, tirets et pointillés pour, respectivement, les filtres F1, F2 et F3-F4).

3.1.1.2 Les pré-amplificateurs

Fig. 3.3 – Pré-amplificateur à entrée différentielle correspondant à la topologie d’Harrison [109] La figure 3.3 présente les différentes entrées de réglage du pré-amplificateur à entrée

différen-3.1. Caractérisation de l’ASIC MINUS 83 tielle correspondant à la topologie d’Harrison [109]. Plusieurs pré-amplificateurs ont été testés, que l’on sélectionne par un jeu d’interrupteurs (Enables). Pour éviter toute perturbation de l’un sur l’autre, on ajoute également un circuit de déviation pour le courant de polarisation pour le pré-amplificateur non utilisé. Pour pouvoir faire fonctionner un pré-amplificateur sur MINUS, il faut :

– Le sélectionner par un jeu de tension de contrôle (Enable(out), cf la figure 3.2(a)). Il faut que Enable(out) soit lié à Vdd pour sélectionner la sortie du pré-amplificateur, les autres sont à la masse.

– Dévier le courant de polarisation du pré-amplificateur non utilisé. Pour que le courant de polarisation atteigne l’OTA du pré-amplificateur, il faut laisser ouvert cet interrupteur, les autres sont à la masse (interrupteurs fermés). On notera que cette configuration n’était pas nécessaire pour le bon fonctionnement du pré-amplificateur sélectionné, mais c’est une sécurité supplémentaire notamment vis-à-vis des mesures en bruit.

– Régler la valeur de la résistance de polarisation de l’OTA du pré-amplificateur. Chaque pré-amplificateur possède une résistance de polarisation Rbias. Ainsi, un courant de po-larisation de l’OTA du pré-amplificateur est réglé.

– Régler la valeur de la tension de polarisation Vpol. Cette tension permet de polariser les transistors cascodes de l’OTA. Cette tension est distribuée sur chaque pré-amplificateur. On possède donc deux paramètres de réglage avec Rbias et Vpol. Un troisième paramètre est nécessaire pour faire fonctionner le pré-amplificateur : la tension de référence d’entrée Vref. Chaque pré-amplificateur possède un Vref propre. En théorie, cette tension doit être réglée au milieu des tensions d’alimentation, soit 1,65V ici. Cependant, on fait le choix de pouvoir régler Vref à l’extérieur de l’ASIC afin de compenser les défauts d’offset et de décalage DC en général induit par des capacités parasites introduites par le circuit imprimé. L’ensemble des mesures sont réalisées pour Vref = 1,75V, sauf indication contraire. Au moment de la mise sous tension, les niveaux continus sur la carte imprimée varient brusquement. Cela a un impact sur le pré-amplificateur dont les constantes de temps caractéristiques sont très faibles. Par exemple, sa fréquence de coupure basse est de l’ordre de 1Hz, ce qui équivaut à une constante de temps d’environ 6s. En pratique, le fait d’appliquer une tension Vref bien supérieure à 1,65V à t=0s accélère le processus de polarisation du pré-amplificateur. Puis après stabilisation, la tension Vref est ramenée à 1,75V.

3.1.1.3 Les filtres LFP et Fi

La figure 3.4 représente les réglages des filtres LFP et Fi. Le filtre LFP ne comporte qu’un seul réglage : la résistance de polarisation RbiasLF P qui contrôle la transconductance Gm du filtre Gm-C (référencé “ibias(LFP)” sur la figure 3.2), et donc la fréquence de coupure basse du filtre passe-bas (cf équation (2.16)). Quant aux filtres Fi, ils sont réglables par les transconductances Gm1, Gm2 et Gm3, c’est-à-dire par les courants de polarisation des OTAs, à travers trois résistances de polarisation Rbias1(Fi), Rbias2(Fi) et Rbias3(Fi). La tension Vgm0 contrôle le courant de polarisation de l’OTA C3, c’est-à-dire qu’elle règle la transconductance Gm0. La tension VNC3 est une tension de polarisation de transistors cascodes en sortie de l’OTA C3. Pour faire fonctionner le filtre, on règle Vgm0 (entre 2 et 2,8V), on règle VNC3 (à 1,1V), puis on ajuste VDA (aux alentours de 1,65V), qui est la tension de référence de l’OTA d’entrée Gm0. On note la tension intermédiaire du gyrateur, Vgyr. Cette tension nous permettra de contrôler la stabilité du filtre Fi.