| تعداد نشریات | 45 |
| تعداد شماره‌ها | 1,391 |
| تعداد مقالات | 17,019 |
| تعداد مشاهده مقاله | 54,857,738 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 17,390,061 |
طراحی بلوک پیشانی ثبت کننده سیگنال فتوپلتیسموگرافی با پویایی وسیع و بهرهdBΩ147 با قابلیت کنترل در گام های کوتاه و بلند | ||
| مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز | ||
| دوره 54، شماره 3 - شماره پیاپی 109، آذر 1403، صفحه 373-382 اصل مقاله (928.88 K) | ||
| نوع مقاله: علمی-پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22034/tjee.2023.58147.4705 | ||
| نویسندگان | ||
| F. Shoeibi؛ E. Najafiaghdam* ؛ A. Ebrahimi | ||
| Department of Electrical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran | ||
| چکیده | ||
| در این مقاله، طراحی بلوک پیشانی یک گیرنده کم توان با بهره بالا، کم نویز و دارای محدوده پویایی(رنج دینامیکی) وسیع برای ثبت سیگنال های فتوپلتیسموگرافی ارایه شده است. گیرنده طراحی شده شامل یک سیستم اندازهگیری جریان به همراه بلوک حذف مولفه جریان مستقیم(dc) ورودی میباشد که در فناوری CMOS 180nm پیادهسازی شده است. در ورودی گیرنده از تقویت کننده مبدل امپدانسی (TIA) برای دریافت و آشکارسازی جریان های ضعیف ورودی و تبدیل آن به ولتاژ استفاده شدهاست. سطح نویز ورودی گیرندهی طراحی شده در محدوده فرکانسی 5/0-10 هرتز برابر با pArms 7/39 و بهره آنdBΩ 147 میباشد. گیرنده شامل حلقه کنترل بهره در دو گام کوتاه(Fine) و بلند(Coarse) و بلوک حذف مولفه جریان مستقیم ورودی میباشد که توانایی حذف مولفه مزاحم جریان مستقیم ورودی تا جریان 100میکروآمپر را امکان پذیر نموده و بدین ترتیب محدوده پویایی وسیع تری را برای گیرنده بصورت خودکار(اتوماتیک) فراهم مینماید. محدوده پویایی وسیع تر گیرنده و کم نویز بودن آن، دو خصوصیتی است که باعث شده است این گیرنده برای ثبت و اندازهگیری جریانهای بسیار کوچک وکاربرد آن در حوزه حسگرهای زیستی گزینهی مناسبی باشد. بر اساس جانمایی در فناوری 180nm، مساحت تراشه 121/0میلیمتر مربع و توان مصرفی آن برابر با 14/40 میکرووات میباشد. نتایج شبیهسازی گیرنده طراحی شده پس از جانمایی (Post-Layout) نشان میدهد که محدوده فرکانسی پایین آن کمتر از 1میلی هرتز و محدوده فرکانسی بالای آن تا 100 هرتز می رسد که انتخاب مناسبی برای کاربردهای فرکانس پایین محسوب می شود. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| فتوپلتیسموگرافی؛ گیرنده سیگنال PPG؛ مبدل جریان به ولتاژ؛ تقویت کننده مبدل امپدانسی؛ کنترل اتوماتیک بهره؛ حلقه حذف نور پس زمینه | ||
| مراجع | ||
|
[1] J. H.-S. Wang, M. H. Yeh, P. C.-P. Chao, T. Y. Tu, Y. H. Kao, and R. Pandey, “A fast digital chip implementing a real-time noise-resistant algorithm for estimating blood pressure using a non-invasive, cuffless PPG sensor,” Microsyst. Technol., vol. 26, no. 11, pp. 3501–3516, Nov. 2020, doi: 10.1007/s00542-020-04946-y. [2] D. H. Nguyen, Y. T. Chen, T. Y. Tu, P. C. P. Chao, Y. W. Fang, and B. S. Lin, “A new blood flow volume sensor with embedded estimation of SpO2 to maximize its accuracy,” Microsyst. Technol., vol. 27, no. 6, pp. 2433–2445, 2021, doi: 10.1007/s00542-020-05149-1. [3] E. F. Pribadi, R. K. Pandey, and P. C.-P. Chao, “Design and implementation of a new light to digital converter for the PPG sensor,” Microsyst. Technol., vol. 27, no. 6, pp. 2461–2472, Jun. 2021, doi: 10.1007/s00542-020-05154-4. [4] R. K. Pandey and P. C.-P. Chao, “An adaptive analog front end for a flexible PPG sensor patch with self-determined motion related DC drift removal,” in Proceedings - IEEE International Symposium on Circuits and Systems, May 2021, vol. 2021-May, pp. 1–5, doi: 10.1109/ISCAS51556.2021.9401265. [5] A. K. Y. Wong, K. P. Pun, Y. T. Zhang, and K. N. Leung, “A low-power CMOS front-end for photoplethysmographic signal acquisition with robust DC photocurrent rejection,” IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst., vol. 2, no. 4, pp. 280–288, 2008, doi: 10.1109/TBCAS.2008.2003429. [6] Y. Shu et al., “26.1 A 4.5mm 2 Multimodal Biosensing SoC for PPG, ECG, BIOZ and GSR Acquisition in Consumer Wearable Devices,” in 2020 IEEE International Solid- State Circuits Conference - (ISSCC), Feb. 2020, pp. 400–402, doi: 10.1109/ISSCC19947.2020.9063112. [7] G. Ferrari, F. Gozzini, A. Molari, and M. Sampietro, “Transimpedance Amplifier for High Sensitivity Current Measurements on Nanodevices,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 44, no. 5, pp. 1609–1616, May 2009, doi: 10.1109/JSSC.2009.2016998. [8] B. Lin, M. Atef, and G. Wang, “14.85 µW Analog Front-End for Photoplethysmography Acquisition with 142-dBΩ Gain and 64.2-pArms Noise,” Sensors, vol. 19, no. 3, p. 512, Jan. 2019, doi: 10.3390/s19030512. [9] A. K. Y. Wong, K. N. Leung, K.-P. Pun, and Y.-T. Zhang, “A 0.5-Hz High-Pass Cutoff Dual-Loop Transimpedance Amplifier for Wearable NIR Sensing Device,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 57, no. 7, pp. 531–535, Jul. 2010, doi: 10.1109/TCSII.2010.2048401. [10] A. Syed, K. Khan, A. Ahmad, M. S. Asad, and W. Saadeh, “A 1mW Vitals Monitoring System for Asthmatic Patients based on Photoplethysmography,” in 2019 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS), Oct. 2019, pp. 1–4, doi: 10.1109/BIOCAS.2019.8918724. [11] H. Zheng, R. Ma, and Z. Zhu, “A linear and wide dynamic range transimpedance amplifier with adaptive gain control technique,” Analog Integr. Circuits Signal Process., vol. 90, no. 1, pp. 217–226, Jan. 2017, doi: 10.1007/s10470-016-0867-1. [12] V. S. Rajan and B. Venkataramani, “Design of low power, programmable low-Gm OTAs and Gm-C filters for biomedical applications,” Analog Integr. Circuits Signal Process., vol. 107, no. 2, pp. 389–409, May 2021, doi: 10.1007/s10470-020-01748-0. [13] B. Lin, M. Atef, and G. Wang, “A low-power high-sensitivity analog front-end for PPG sensor,” in 2017 39th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), Jul. 2017, pp. 861–864, doi: 10.1109/EMBC.2017.8036960. [14] B. Lin, Z. Ma, M. Atef, L. Ying, and G. Wang, “Low-Power High-Sensitivity Photoplethysmography Sensor for Wearable Health Monitoring System,” IEEE Sens. J., vol. 21, no. 14, pp. 16141–16151, Jul. 2021, doi: 10.1109/JSEN.2021.3062189. [15] K. Puttananjegowda and S. Thomas, “A low-power low-noise multi-stage transimpedance amplifier for amperometric based blood glucose monitoring systems,” Analog Integr. Circuits Signal Process., vol. 102, no. 3, pp. 659–666, Mar. 2020, doi: 10.1007/s10470-020-01600-5. [16] S. Firouz, E. N. Aghdam, and R. Jafarnejad, “A Low Power, Low Noise, Single-Ended to Differential TIA for Ultrasound Imaging Probes,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 68, no. 2, pp. 607–611, 2021, doi: 10.1109/TCSII.2020.3018223. [17] F. Centurelli, A. Fava, G. Scotti, and A. Trifiletti, “80 dB tuning range transimpedance amplifier exploiting the Switched-Resistor approach,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 149, p. 154196, May 2022, doi: 10.1016/j.aeue.2022.154196. [18] A. Atef, M. Atef, E. E. M. Khaled, and M. Abbas, “CMOS Transimpedance Amplifiers for Biomedical Applications: A Comparative Study,” IEEE Circuits Syst. Mag., vol. 20, no. 1, pp. 12–31, 2020, doi: 10.1109/MCAS.2019.2961724. [19] M. Atef and H. Zimmermann, Optoelectronic Circuits in Nanometer CMOS Technology, 1st ed., vol. 55. Springer, Cham, 2016. [20] K. Sharma, A. Pathania, R. Pandey, J. Madan, and R. Sharma, “MOS based pseudo-resistors exhibiting Tera Ohms of Incremental Resistance for biomedical applications: Analysis and proof of concept,” Integration, vol. 76, no. March 2020, pp. 25–39, Jan. 2021, doi: 10.1016/j.vlsi.2020.08.001. [21] A. Arnaud, R. Fiorelli, and C. Galup-Montoro, “Nanowatt, Sub-nS OTAs, With Sub-10-mV Input Offset, Using Series-Parallel Current Mirrors,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 41, no. 9, pp. 2009–2018, Sep. 2006, doi: 10.1109/JSSC.2006.880606. [22] A. L. Goldberger et al., “PhysioBank, PhysioToolkit, and PhysioNet,” Circulation, vol. 101, no. 23, pp. 215–220, Jun. 2000, doi: 10.1161/01.CIR.101.23.e215. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 301 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 804 |
||
