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Title: Análise e projeto de um Conversor A/D Sigma Delta Incremental Multicanal de 4º Ordem
Authors: Soares, Antonio Wallace Antunes
Keywords: Conversores analógicos digitais;Sigma delta incremental;Sigma delta;Quarta ordem;Aplicações biomédicas;Matrizes multieletrodos;Modelagem;Capacitores chaveados
Issue Date: 23-Nov-2018
Citation: SOARES, Antonio Wallace Antunes. Análise e projeto de um Conversor A/D Sigma Delta Incremental Multicanal de 4º Ordem. 2018. 124f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: Diversas aplicações na área de instrumentação requerem sistemas de aquisição de sinais com média taxa de conversão e média para alta resolução, entre elas, estão as Matrizes Multieletrodos (MEA). As MEA fabricadas sobre circuitos integrados de tecnologia CMOS padrão têm propiciado o estudo de diversos tipos de culturas de células, permitindo o estímulo e registro das atividades elétricas das células in vitro. Com o avanço da tecnologia CMOS, o processamento dos sinais biomédicos que, em sua maioria, é complexo, torna a realização do mesmo no domínio digital cada vez mais adequado. Portanto, blocos básicos como os Conversores Analógico Digital (ADC) são essenciais para realizar a interface em sistemas de sinais mistos. Desta forma, este trabalho propõe o projeto de um ADC a ser empregado no sistema de aquisição de sinais biomédicos multicanais, seguindo a metodologia de projeto top-down para concepção de Circuitos Integrados (CI). A arquitetura do ADC consiste em conversor Sigma Delta Incremental (Σ∆I), o qual alia a característica de alta precisão dos moduladores Σ∆ tradicionais, com a vantagem da conversão amostra por amostra dos conversores de Nyquist, se tornando adequado para aplicações multicanais com sinais multiplexados no tempo. O modulador e o filtro digital que compõem o ADC Σ∆I consistem das topologias single-loop Cascaded-Integrator FeedForward (CIFF) e Cascade-of-Integrator (CoI), respectivamente, ambas de quarta ordem. O modulador foi implementado em Tempo Discreto (DT), utilizando a técnica a Capacitores Chaveados (SC). Os circuitos foram projetados utilizando a tecnologia CMOS padrão de 0.18 µm da TSMC e os resultados apresentados foram obtidos a partir de simulações pós layout, PVT e Monte Carlo.
Abstract: Several applications in the instrumentation field require signal acquisition systems with medium conversion rate and medium to high resolution, among them are the Multielectrode Matrices (MEA). The MEA manufactured on CMOS standard technology integrated circuits have allowed the study of several types of cell cultures, allowing the stimulation and recording of electrical activities of the cells in vitro. As the CMOS technology advances, the biomedical signal processing is suitably done in digital domain. Therefore, basic blocks such as Analog to Digital Converters (ADC) are essential to realize the interface in the mixed signal systems. In this way, this work proposes the design of an ADC to be applied in the multichannel biomedical signal acquisition systems, following the top-down approach for the Integrated Circuit design (IC). The architecture of the ADC consists of an Incremental Sigma Delta Converter (IΣ∆), which combines the high-precision characteristic of the traditional Σ∆ modulators with the advantage of the sample-by-sample conversion of the Nyquist converters, making it suitable for multichannel time-multiplexed applications. The modulator and digital filter which compose the IΣ∆ ADC consist of the single-loop Cascaded-Integrator FeedForward (CIFF) and Cascade-of-Integrator (CoI) topologies respectively, both fourth-order. The modulator was implemented in Discrete Time (DT), using the Switched Capacitor technique (SC). The circuits were designed using TSMC 0.18 µm CMOS technology and the results were obtained from post-layout, PVT and Monte Carlo simulations.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26770
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