Circuit design for bio-inspired sampling

Abstract

El objetivo de este proyecto es cambiar la forma en que las señales son muestreadas. En lugar de tomar los valores de la amplitud en ciertos instantes de tiempo, el muestreo a realizarse tiene como objetivo imitar la manera en que lo hacen las neuronas. Una neurona que recibe un estímulo, lo integra hasta que se alcanza un umbral de cierto voltaje que provoca el disparo de una señal llamada pico o potencial de acción. Todas estas señales tienen la misma amplitud, lo que significa que la información se codifica en otro lugar: en el espacio temporal entre pico y pico. Un estímulo muy fuerte producirá el disparo de más picos consecutivos que uno débil. Un dispositivo que hace esto se denomina máquina de codificación temporal (MCT o TEM, por sus siglas en inglés), término que fue acuñado por Aurel Lazar et al, quienes fueron los primeros en proponer esta forma de muestreo y en la que se basa este proyecto. El propósito del proyecto es hacer una implementación real del circuito que se propone en su artículo “Perfect Recovery and Sensitivity Analysis of Time Encoded Bandlimited Signals” con algunos cambios que se cree mejoran la señal obtenida. La MCT (TEM) fue diseñada e implementada en hardware real en forma de PCB. El circuito también se probó y se comprobó que efectivamente con el modelo y los parámetros propuestos, se puede obtener y controlar el tiempo y la forma en que se disparan los picos

The aim of this project is to change the way in which signals are sampled. Instead of taking amplitude values at certain time stamps, the sampling is aimed to be done the way neurons do it. A neuron that receives a stimulus integrates it until a voltage threshold is reached which provokes the firing of a signal called spike or action potential. All these signals have the same amplitude which means that the information is coded somewhere else: in the time between spike and spike. A very strong stimulus will produce the firing of more consecutive spikes than a weak one. A device that does this is called a Time Encoding Machine (TEM), term that was coined by Aurel Lazar et al who were the first to propose such way of sampling and on which this project is based. The purpose of the project is to make a real implementation of the circuit that is proposed in their article “Perfect Recovery and Sensitivity Analysis of Time Encoded Bandlimited Signals” with some changes that are believed to be improvements. The TEM was designed and implemented in real hardware in the shape of a PCB. The circuit was also tested and it was checked that indeed with the model and parameters proposed one can obtain and control the time and way in which the spikes are fired.