Uma nova abordagem de projeto de amplificadores integrados para biopotenciais, baseados em pseudo-resistores não lineares

• Autor(a) principal: Benko, Pedro Luiz
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da FEI
• Texto Completo: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/274
• topic: Amplificadores operacionais; Eletrodos; Pseudo-resistor

Biopotenciais aparecem como resultado de atividades eletroquímicas de certos tipos de células, conhecidas como células excitáveis, existentes em tecidos nervosos, musculares e glandulares. Essas células possuem um potencial de repouso e quando estimuladas geram potenciais transitórios eletroquímicos de ação. A transformação desses potenciais eletroquímicos para sinais eletrônicos mensuráveis é realizada por dispositivos chamados eletrodos-eletrólitos, que realizam a interface entre a pele e sistemas de medição. De forma geral, os biopotenciais captados apresentam níveis contínuos (CC) intrínsecos muito altos em relação ao sinal de interesse, bem como alto nível de ruído, alta impedância de saída e baixa frequência. Amplificadores utilizados para formatarem esses sinais, devem possuir: largura de banda limitada, alta estabilidade de ganho; frequência de corte inferior adequada; baixa distorção; baixo ruído intrínseco (“flicker” e térmico); remoção dos níveis CC intrínsecos dos sinais; alta impedância de entrada e baixa de saída; alta rejeição de ruídos de modo comum; rápida recuperação do sinal de saída após transitório CC e amplificação adequada. Essa pesquisa estudou e analisou o estado da arte em topologias de implementações de circuitos integrados, ponderando vantagens e desvantagens das opções pesquisadas e propõe uma metodologia para novos projetos e sua avaliação. Isso foi executado através de análises de métodos de projeto de circuitos analógicos, simulações e medidas experimentais. Particularmente é apresentada, como estudo de caso, uma nova solução de pré-amplificador em BiCMOS SiGe tecnologia 0,13µm, a ser instalado diretamente em eletrodos, constituindo eletrodos ativos. Ponderando sobre a instalação direta nos eletrodos, destaca-se a aplicação da estrutura MOS conectada de modo a constituir um resistor de valor ôhmico muito elevado (1011 a 1013 O), conhecido nas publicações como pseudo-resistor. Essa estrutura permite a obtenção de constantes de tempo RC muito elevadas (segundos) com capacitâncias implementadas diretamente na estrutura MOS (alguns pFs). Esse trabalho utiliza essa estrutura e exibe um método pioneiro de caracterização e modelagem para sua aplicação em simulações SPICE. Também é apresentado o projeto e simulação em CMOS tecnologia AMIS 0,50µm para efeito de comparações.