Trabalho de Conclusão de Curso
Documento
Autoria
Unidade da USP
Data de Apresentação
Orientador
Banca
Luppe, Maximiliam
Ishibe, Eder Issao
Título em Português
Projeto de um amplificador CMOS de baixo ruído e baixo consumo de potência para aplicações de monitoramento da atividade neural
Palavras-chave em Português
Amplificador operacional
Neurociência
Transistor MOS
Metaheurística
Resumo em Português
Esforços da neurociência para atingir conhecimentos mais aprofundados sobre os mecanismos de funcionamento do cérebro a partir do monitoramento de sinais elétricos neurológicos têm lançado enormes desafios sobre a eletrônica/microeletrônica e a bioengenharia. Sinais elétricos monitorados a partir da implantação de eletrodos em ambiente biológico extracelular apresentam baixa amplitude e, por esta razão, quaisquer ruídos presentes são relativamente significativos. Por outro lado, fatores como consumo de potência e área de chip são preocupações mandatórias em quaisquer circuitos implantados. Nesse sentido, o presente trabalho apresenta uma análise sobre as características dos sinais neurológicos e dos seus sistemas eletrônicos de monitoramento, debruçando-se principalmente sobre a análise e o projeto de um amplificador de baixo ruído e baixo consumo de potência, que utiliza a tecnologia CMOS 0,35µm AMS (AustriaMicroSystems). É realizada uma análise detalhada do comportamento do amplificador completo no domínio da frequência e das componentes de ruído existentes. Um amplificador operacional de baixo ruído utilizando uma topologia OTA (Operational Transconductance Amplifier) é projetado e otimizado através de técnicas de metaheurística. Os algoritmos empregados são o Enxame de Partículas (do inglês, Particle Swarm Optimization) e uma versão modificada do Recozimento Induzido (do inglês, Simulated Annealing). A partir da realização de consecutivas otimizações, foi possível obter um circuito com um fator de mérito de ruído (do inglês, Noise Efficiency Factor) de 4,39.
Título em Inglês
Low-noise low-power CMOS amplifier for neurological applications
Palavras-chave em Inglês
Operational amplifier
Neuroscience
MOS transistor
Metaheuristic
Resumo em Inglês
Neuroscience efforts to achieve deeper insight into the mechanisms of brain’s operation from the monitoring of neural signals have launched huge challenges to electronics/microelectronics and bioengineering. Electrical signals monitored from the implantation of electrodes in extracellular environment have low amplitude, so any existent noise is relatively significant. On the other hand, it is mandatory to consider factors such as power consumption and chip area in any implanted circuit. Following this direction, this paper presents an explanation on the characteristics of neural signals and their electronic monitoring systems, focusing on the analysis and design of a low-noise low-power CMOS amplifier using the 0,35?m AMS (AustriaMicroSystems) technology. A detailed analysis of the complete circuit’s behavior in the frequency domain as well as an analysis of noise components is performed. A low-noise amplifier employing an OTA (Operational Transconductance Amplifier) topology is designed and optimized through metaheuristic techniques. The employed algorithms are the PSO (Particle Swarm Optimization) and a modified version of the SA (Simulated Annealing). From consecutive optimizations, a circuit with Noise Efficiency Factor of 4.39 could be obtained.
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Data de Publicação
2016-04-18
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