Circuits et systemes de modelisation analogique de neurones ...

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Chapitre III : circuits intégrés réalisés1. INTRODUCTION.Au cours de nos travaux, nous avons réalisé cinq ASICs. Ils sont conçus en mode dit "fullcustom", c'est-à-dire qu'aucune bibliothèque n'est utilisée, la conception étant faite à partir deséléments de base que sont les transistors (MOS et bipolaires) et composants passifs(résistances, condensateurs). Cette méthode se limite cependant aux parties analogiques, lesparties numériques faisant usage des bibliothèques fournies par le fondeur AMS. En effet,notre travail porte sur le développement d'un calculateur analogique, les éléments numériquesne sont que des périphériques de ce calculateur et peuvent être constitués de portes logiquesstandard.Nous présentons maintenant ces circuits, les objectifs poursuivis pour chacun d'entre eux étantassez différents : Nous avons réalisé "susie" et "calvin" afin de tirer parti du travail réalisé par ArnaudLaflaquière dans le cadre de son doctorat au sein du groupe. Ces ASICs utilisentdirectement les cellules analogiques qu'il a conçues, l'effort de développement porte doncsur leur mise en œuvre qui sera présentée au chapitre IV. Dans ce chapitre, nousdiscuterons rapidement les différences entre cette ancienne bibliothèque et la nouvelledont la description a fait l'objet du chapitre II. "Babar" et "annie" sont des circuits de test destinés à l'étude et la mise au point d'unprocédé de mémorisation analogique. Là encore nous avons utilisé l'ancienne bibliothèque,ces circuits servant à évaluer différentes options autour de ces points mémoires. Nousverrons cependant que l'alimentation en 10 V, imposée par l'emploi de cette bibliothèque,est source de complications. Finalement nous avons conçu "fpca-r", un circuit répondant aux besoins d'une plus grandeflexibilité de programmation et d'intégration pour nos neurones artificiels. Il introduit undispositif de mémorisation analogique intégré ainsi qu'une possibilité de reconfigurationélectrique des topologies des modèles biologiques simulés. Pour "fpca-r", l'expérienceacquise par le groupe sur les circuits précédents nous a amené à modifier la conception desopérateurs analogiques. Dans ce chapitre, nous détaillons l'architecture du circuit "fpca-r",c'est-à-dire l'organisation des opérateurs élémentaires que nous avons déjà présentés auchapitre II.91
Chapitre III : circuits intégrés réalisésLes mesures concernant "annie" et "babar", circuits de test, sont présentées dans ce chapitre.Par contre, les performances des autres circuits seront indiquées au chapitre IV, dans le cadrede la présentation de leur mise en œuvre et des systèmes les utilisant.2. CIRCUITS "SUSIE" ET "CALVIN" : VALORISATION DES TRAVAUXDE L'EQUIPE NEURONE.Ces deux circuits constituent la mise en valeur et l'aboutissement du travail antérieur dugroupe sur l'intégration de neurones artificiels, ils sont réalisés par assemblage d'éléments del'ancienne bibliothèque analogique constituée par A. Laflaquière [LAFLAQUIERE 98] etdoivent servir à la construction de simulateurs portables qui seront présentés au chapitre IV.2.1.Circuit "susie".Figure 3-1 : microphotographie du circuit analogique "susie". Dimensions 2450 X 2450 µm 2 ,44 broches, boîtier jlcc44, BiCMOS AMS 0,8 µm, 883 composants (291 NMOS, 364 PMOS,34 pnp, 154 npn, 13 condensateurs, 27 résistances).Afin de garder une taille raisonnable à ce circuit (du fait de l'augmentation du nombre debroches avec le nombre de conductances ioniques, problème que nous avons déjà évoqué auchapitre précédent), nous avons décidé d'implanter quatre conductances, ainsi qu’unmécanisme de "dépendance calcium". Ces équations sont conformes au formalisme deHodgkin et Huxley. Ce choix est suffisant pour explorer un grand nombre de modèles etobtenir des activités variées. Le circuit comporte aussi deux convertisseurs tension-courantqui servent respectivement à la stimulation à courant constant et à la stimulation par injectiond'un courant proportionnel à un signal de commande. La conductance de fuite n'est pasintégrée, elle devra être réalisée en composants discrets connectés à l'ASIC.92
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