Dissertação

{en_GB=BioCAS: A Low-Power, Low-Noise Amplifier for Biomedical and Healthcare Applications} {} EVALUATED

{pt=Este projeto consiste na pesquisa, design e implementação desde de dimensionamento a layout, de um amplificador de baixo consumo e baixo ruído, para aplicações biomédicas e de saúde de sinais bio-potenciais, em particular a electromiografia e electrooculografia. Estes operam em larguras de banda diferentes, mas seguem uma transmissão de forma de impulso, sendo adequados a serem aplicados e detetados pelo mesmo recetor. Este equipamento deve ser ergonómico e adequado ao uso no dia-a-dia, sendo alimentado por uma bateria. O sistema tem de consumir o mínimo de potência e ser energéticamente eficiente, enquanto adquire dados sem os comprometer. O amplificador para sinais bio-potenciais é o bloco que domina o consumo de potência e que causa maior ruído no sistema de aquisição, assim o desenvolvimento de um amplificador de baixo ruído e de baixo consumo é de grande importância. O amplificador de baixo consumo e baixo ruído apresenta frequência e ganho adaptados a cada um dos sinais adquiridos, sendo desenvolvido no software de design Cadence, com tecnologia UMC 130nm CMOS. Com uma tensão de alimentação de 1.2 V e consumindo corrente abaixo de 1 µA, segundo as simulações pós-layout, é obtido um ganho de 34 dB para a frequência de corte 2 kHz, e 52.4 dB a 20.95 Hz. Enquanto, apresenta 1.58 µVrms de ruído de referência à entrada que corresponde a um factor de eficiência de ruído de 1.35 à frequência de corte alta, e 0.276 µVrms correspondendo a 2.32 para a baixa., en=This work consists on the research, design and implementation, from sizing to layout level, of a low-power, low-noise amplifier for biomedical and healthcare applications of bio-potential signals, particularly focusing on the electromyography and electrooculography. These signals usually operate in different broadbands, yet follow an impulse-shape transmission, hence being suitable to be applied and detected by the same receiver. The systems are implemented with long-lasting battery-powered equipment, which should be ergonomic and suitable for everyday use. Therefore, the system has to consume the minimum power possible and be energy-efficient, while acquiring uncompromised data. The bio-potential sensing amplifier usually dominates both the power consumption and the noise impact of the analog frontend system, hence the development of a low-noise amplifier with low-power consumption is of great importance. In this report, state-of-the-art low noise amplifiers for biomedical applications are studied and an amplifier topology is proposed. The low-power, low-noise amplifier presents a cutoff frequency (FC) and gain adaptive tuning developed for each of the acquired signal. It is developed in the electronic design software Cadence, using UMC 130nm CMOS technology. With a power supply of 1.2 V and consuming current under 1 µA, from post-layout simulations, a gain of 34 dB for a FC at 2020 Hz, and 52.4 dB for a FC at 20.95Hz are obtained. While an input-referred noise of 1.58 µVrms corresponding to a noise efficiency factor (NEF) of 1.35 for the high FC case is obtained, and a 0.276 µVrms matching to NEF of 2.32 for the other case.}
{pt=Baixo Consumo, Baixo Ruído, Biomédicas, Saúde, Sinais Bio-Potenciais, Energeticamente Eficiente, en=Low-Power, Low-Noise, Biomedical, Healthcare, Bio-potential signals, Energy-Efficient}

Junho 9, 2020, 16:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Ricardo Filipe Sereno Póvoa

Instituto de Telecomunicações

Investigador Doutorado

ORIENTADOR

Nuno Cavaco Gomes Horta

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Associado