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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/1826| Diseño de bloques analógicos para aplicaciones biomédicas usando resistores de alto valor | |
| Luis Fernando Martinez Pantoja | |
| ALEJANDRO DIAZ SANCHEZ JOSE MIGUEL ROCHA PEREZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Pseudo-resistor MOS Sub-threshold Low power Analog filters Low frequency Filter rejects band | |
| The realization of analog filters for very low frequencies (< 100Hz) completely integrated in silicon is considered a design challenge, since a low cutoff frequency implies a large RC time constant. For its realization a high value resistor (G Ω) or a high value capacitor (nF) is required. However, in integrated circuits the values of R and C fail to reach these values because they are limited to the range of M Ω (with low degree of accuracy) and tens of pF with a considerable consumption of silicon area. This work presents different circuits that can emulate the behavior of resistors that reach very high values (also called Pseudo-Resistors (PRs)). The main idea of these circuits is to use the MOS transistor operating in subthreshold where there is no carrier inversion layer, so the transistor channel has a high associated resistance. The main problem of the MOS transistor used as a resistor in this region is that the current Id has an exponential behavior with respect to the drain, source and gate terminals that generates distortion in the processed signal. To solve this problem, circuits have been proposed in the literature that maintain the resistance independent of the voltajes applied to the terminals of the PR, but all of them introduce distortion that increases gradually as the voltage applied to its terminals increases. In this thesis we study the conditions under which it is possible to reduce the distortion of the Pseudo-resistors so that their behavior resembles that of an ideal resistance. From these conditions, 3 Pseudo-resistor topologies are proposed. Using the proposed resistors, two amplifiers were designed for biomedical applications with band pass response, which were sized using the gm=Id technique. The results show that the circuits obtained have better characteristics than others reported in the literature. Finally, two notch filters tuned at 60Hz were designed, one using a PR from the literature and another with one from the proposed PR. The simulations show that both the linear excursion and the quality factor improve while maintaining a distortion below 1 %. All simulations were performed in HSPICE and 0.5μm in On-semi technology. La realización de filtros analógicos para muy bajas frecuencias (<100Hz) completamente integrados en silicio es considerado un desafió de diseño, ya que una frecuencia de corte baja implica una constante de tiempo RC grande. Para su realización se requiere un resistor de valor alto (G Ω) o un capacitor de valor alto (nF). Sin embargo, en circuitos integrados los valores de R y C no logran alcanzar estos valores pues están limitados al rango de M Ω (con bajo grado de exactitud) y decenas de pF con un consumo considerable de área de silicio. En este trabajo se presentan diferentes circuitos que pueden emular el comportamiento de resistores que alcanzan valores muy altos (llamados también Pseudo-Resistores (PRs)). La idea principal de estos circuitos consiste usar el transistor MOS operando en subumbral donde no existe capa de inversi´on de portadores, por ello el canal del transistor tiene una alta resistencia asociada. El principal problema del transistor MOS usado como resistor en esta región es que la corriente Id tiene un comportamiento exponencial respecto a los terminales de drenaje, fuente y compuerta que genera distorsión en la señal procesada. Para solucionar este problema, en la literatura se han propuesto circuitos que mantienen la resistencia independiente de los voltajes aplicados en los terminales del PR, pero todas ellas introducen distorsión que se incrementa gradualmente conforme aumenta el voltaje aplicado en sus terminales. En esta tesis se estudian las condiciones bajo las cuales es posible reducir la distorsión de los Pseudo-resistores para que su comportamiento asemeje al de una resistencia ideal. A partir de estas condiciones se proponen 3 topologías de Pseudo-resistores. Usando los resistores propuestos, se realizó el diseño de dos amplificadores para aplicaciones biom´edicas con respuesta pasa banda, los cuales fueron dimensionados utilizando la técnica gm=Id. Los resultados muestran que los circuitos obtenidos tienen mejores características que otros reportados en la literatura. Finalmente, se diseñaron dos filtros de rechazabanda sintonizados a 60Hz, uno usando un PR de la literatura y otro con uno del PR propuesto. Las simulaciones muestran que tanto la excursión lineal como el factor de calidad mejoran manteniendo una distorsión por debajo del 1 %. Todas las simulaciones se realizaron en HSPICE y 0,5 μm en tecnología On-semi. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. | |
| 2019-09 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Martínez Pantoja, L. F., (2019), Diseño de bloques analógicos para aplicaciones biomédicas usando resistores de alto valor, Tesis de Maestría, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. | |
| ELECTRÓNICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Maestría en Electrónica |
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