Circuito analógico integrado en tecnología CMOS de 180nm para multiplexación de canales de electromiografía de alta densidad
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2024-11
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Resumen
En este proyecto de ingeniería se presenta el diseño de un multiplexor de 8 entradas para electromiografía de alta densidad (HD-EMG). El proceso de diseño incluyó la selección de los diferentes circuitos para implementar la función deseada y el dimensionamiento de sus transistores. Posteriormente, se realizó el diseño del layout y las verificaciones de las reglas de diseño (DRC) y layout vs esquemático (LVS). El circuito integrado resultante se integrará como una etapa en la segunda versión del chip de adquisición de señales de biopotenciales para HD-EMG, desarrollado por el grupo de investigación Electromagnetismo, Salud y Calidad de Vida de la Universidad El Bosque.
La primera versión de este chip encontró un problema durante la implementación, el número limitado de pines disponibles no permitía el funcionamiento completo del sistema al no tener suficientes pines para todas las entradas y salidas, de esta problemática surge la necesidad de agregar una etapa de multiplexación al sistema con el objetivo de disminuir la cantidad de pines necesarios. La nueva versión del chip contará con canales de filtrado y amplificación de biopotenciales, un multiplexor analógico, un ADC y una etapa de control.
El multiplexor fue diseñado para manejar 8 señales provenientes de canales de electromiografía, garantizando una pérdida de señal a la salida no superior al 5% de la señal de entrada seleccionada, asumiendo una resistencia de carga de 100 kΩ. Cuenta con un sistema de selección de salida que permite elegir cuál de los 8 canales de multiplexación transmite la señal, utilizando un código binario de 3 bits. El diseño del multiplexor asegura una velocidad de transición entre canales de 125 μs y un tiempo de establecimiento de la señal de máximo 1.25 μs.
Descripción
Abstract
This engineering project presents the design of an 8-input multiplexer for high-density electromyography (HD-EMG). The design process included the selection of the different circuits to implement the desired function and the sizing of its transistors. Subsequently, the layout design and the verifications of the design rules (DRC) and layout vs schematic (LVS) were carried out. The resulting integrated circuit will be integrated as a stage in the second version of the biopotential signal acquisition chip for HD-EMG, developed by the Electromagnetism, Health and Quality of Life research group of the Universidad El Bosque.
The first version of this chip encountered a problem during implementation, the limited number of available pins did not allow the complete operation of the system by not having enough pins for all the inputs and outputs, from this problem arises the need to add a multiplexing stage to the system in order to reduce the number of pins needed. The new version of the chip will have biopotential filtering and amplification channels, an analog multiplexer, an ADC and a control stage.
The multiplexer was designed to handle 8 signals from electromyography channels, ensuring a signal loss at the output of no more than 5% of the selected input signal, assuming a load resistance of 100 kΩ. It has an output selection system that allows choosing which of the 8 multiplexing channels transmits the signal, using a 3-bit binary code. The design of the multiplexer ensures a transition speed between channels of 125 μs and a signal settling time of maximum 1.25 μs.
Palabras clave
Electromiografía de alta densidad, Multiplexor analógico, CMOS 180 nm, Procesamiento de señales biomédicas
Keywords
High-density electromyography, Analog multiplexer, CMOS 180nm, Biomedical signal processing