CAPITULO4

CAPÍTULO 4.
ANÁLISIS DE ESPECIFICACIONES: RUIDO
4.1 INTRODUCCIÓN
En una primera parte se va a describir el método usado en [1] para aplicaciones basadas
en medidas de ECIS (Electrical Cell-substrate Impedance Spectroscopy), sobre la cual
nos basaremos para crear una Amplificador de instrumentación útil a dicha técnica.
En una segunda parte se introducirán y desarrollarán algunos conceptos básicosde ruido
en sistemas electrónicos para intentar establecer una base de conocimientos necesarios
para el análisis de ruidos en un circuito (nos centraremos principalmente en el “Ruido
Flicker” y “Ruido Térmico”). Se verá el modelo de ruido de un MOSFET, se realizará
estudio del ruido en circuitos básicos como inversores, CMOS con etapa de entrada
diferencial. Se intentará dar una visión de losrequisitos necesarios para realizar un OPAM
de bajo ruido empleando transistores MOSFETs y se verá el BJT lateral como un
dispositivo adecuado para conseguir bajo ruido.
Por otra parte, se va a realizar un estudio de ruido basado en un par de modelos mediante
simulaciones con “Cadence”, empleando una configuración de 2 y 4 hilos, con el fin de
poder caracterizar el ruido proveniente del sistema desensores formado por los propios
electrodos y muestra bajo test (SUT). Finalmente con los datos extraídos se mostrarán
algunas de las especificaciones que el Amplificador de instrumentación debe cumplir para
poder realizar una medición correcta.

4.2 SISTEMA EMPLEADO
BIOIMPEDANCIA.

PARA

APLICACIONES

DE

MEDIDAS

DE

Se propone un método para medidas de impedancia basado en la implementación deun
bucle cerrado de circuitos CMOS [1]. El sistema entregará los valores de magnitud y fase
de forma independiente, los cuales pueden ser optimizados separadamente y puede ser
aplicado para cualquier tipo de carga (resistiva y capacitiva).
Para medir la impedancia bajo test Zx, obteniendo su magnitud Zxo , y fase φ existen
muchos métodos. Comúnmente, estos requieren de una excitación y circuitos deprocesado para interpretar la respuesta obtenida. La excitación suele ser una fuente de
corriente alterna (AC), mientras que el procesado se basa en principios de demodulación
coherente o muestreo síncrono. En ambos casos, los circuitos de procesado deben estar
sincronizados con la señal de excitación, obteniendo el mejor rendimiento cuando se
emplean filtrados adecuados (paso-alto (HP) ypaso-bajo (LP)). El principal inconveniente
del método propuesto por Arckmann, es que los componentes empleados para realizar los
canales separados de fase y cuadratura deben estar apareados para evitar grandes
errores de fase. El método propuesto por Pallás, basado en el muestreo síncrono, evita el
empleo de dos canales y la demodulación, utilizando periodos de muestreo adecuados y
añadiendo un filtro HPen el camino de la señal para evitar ruidos a bajas frecuencias e
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interferencias del muestreador. Ambos trabajan con un sistema “feed-forward” donde la
señal generada sobre la impedancia Zx es amplificada y procesada. Las configuraciones
para medidas de bio-impedancia normalmente incluyen electrodos como interfaz entre las
muestras biológicas y la instrumentación electrónica, por lo que hande ser considerados
como parte de la carga que está siendo excitada. Se empleará un sistema en bucle
cerrado basado en la aplicación de una fuente de tensión alterna de amplitud constante
sobre la impedancia bajo medida.
Este método se puede aplicar a sistemas basados en electrodos, resolviendo los
problemas principales del uso de electrodos y su dependencia con la frecuencia de las
siguientesformas:
1) Limitando por diseño el voltaje aplicado a los electrodos (nos permite trabajar a
pequeñas tensiones de forma que el electrodo se encuentra polarizado en la zona
lineal de operación).
2) Nos permite incorporar la dependencia de la frecuencia como un parámetro de las
ecuaciones de diseño obtenidas, de forma que es más fácil encontrar la frecuencia
óptima de trabajo para la respuesta del...