Electroencefalografia

TESIS PUCP

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA

DISEÑO DE UN AMPLIFICADOR OPERACIONAL DE TRANSCONDUCTANCIA PARA LAADQUISICIÓN DE SEÑALES DEL ELECTROENCEFALOGRAMA

Tesis para optar el Título de Ingeniero Electrónico

Presentado por: HÉCTOR LUIS VILLACORTA MINAYA

Lima - Perú 2007

RESUMEN

En el presente trabajo de tesis, se desarrolla el diseño de un amplificador operacional de transconductancia (OTA), bloque constitutivo de todos los sistemas integrados e implantables de adquisición de señalesbiomédicas, en este caso las señales del EEG, que se encuentrar en el rango de 0 – 100Hz. El OTA fue diseñado tomando en cuenta las exigencias de los dispositivos médicos implantables, es decir, de muy bajo consumo, de muy bajo ruido y ocupar un área mínima; en conclusión que cumpla con las exigencias de seguridad y confiabilidad de todo circuito integrado implantable. Para el diseño del circuito, seempleó la metodología de diseño

gm ID

que nos

permite explorar todas las regiones de inversión del transistor MOS, y además se elaboró herramientas CAD basadas en el modelo matemático BSIM, las cuales fueron útiles para optimizar el proceso de diseño, graficando las curvas necesarias para explorar todo del espacio de diseño del bloque analógico a diseñar. El OTA fue diseñado en una tecnologíaAMS 0.35µ. presentado los siguientes resultados: un consumo de 0.63 µW , el ruido referido a la entrada es de 1.59 µVRMS y el área ocupada es de 0.0716mm . Se puede apreciar que cumple con los requerimientos establecidos. Para verificar el diseño del OTA, se procedió a diseñar un amplificador para la adquisición de señales del electroencefalograma, cuya principal función, además de amplificar laseñal, es obtener un frecuencia de corte inferior muy baja por medio una pseudoresistencia, que consiste en un transistor PMOS conectado como diodo. Los resultados obtenidos son: ganancia de 40dB, frecuencia de corte inferior igual a 0.043 Hz, consumo de 0.63 µW , ruido referido a la entrada de 1.76 µVRMS , el área ocupada es de 0.1244mm . Finalmente se procedió a elaborar el layout del OTA y delamplificador de señales de EEG, para su posterior fabricación.
2 2

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN

I

CAPÍTULO 1: DISEÑO ANALÓGICO DE CIRCUITOS INTEGRADOS: DISPOSITIVOS MÉDICOS IMPLANTABLES

1.1 1.2

DISPOSITIVOS MÉDICOS IMPLANTABLES FACTORES EXTERNOS QUE AFECTAN AL DISEÑO DE DISPOSITIVOS MEDICOS IMPLANTABLES

1

2 4 9

1.3 1.4

DISEÑO TRADICIONAL DE CIRCUITOS INTEGRADOS DECLARACIÓN DELMARCO PROBLEMÁTICO

CAPÍTULO 2: DISPOSITIVOS MÉDICOS IMPLANTABLES: SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE SEÑALES BIOLÓGICAS HUMANAS

2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1

ORIGEN DE BIOPOTENCIALES Antecedentes Corriente Iónica Biopotenciales Señales biomédicas ESTADO DEL ARTE DE LOS SISTEMAS DE ADQUISICIÒN DE SEÑALES BIOLÓGICAS Presentación del asunto en estudio biomédicas

10 10 10 11 11 13 13 14 2022 22 25 28 30 32 32 34 35

2.2.2 Arquitecturas monolíticas de sistemas de adquisición de señales 2.2.3 Síntesis del asunto en estudio

2.3 MODELAMIENTO DEL TRANSISTOR MOSFET 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.4.1 2.4.2 Transistor MOSFET Niveles de Inversión Modelos del transistor MOS para diseño analógico Bloques Básicos del OTA Metodología de diseño gm/ID Herramientas CAD

2.4 METODOLOGÍA DEDISEÑO

2.5 MODELO TEÓRICO

2.5.1 2.5.2

Indicadores cualitativos Indicadores cuantitativos

36 37

CAPÍTULO 3: DISEÑO DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL DE TRANSCONDUCTANCIA

3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3

HIPÓTESIS Hipótesis Principal Hipótesis Secundaria OBJETIVOS Objetivo General Objetivos Específicos. Diseño del Amplificador operacional de transconductancia...