Filtro pasa bajas sintonizable integrado en tecnología CMOS de 180 nm para circuitos de detección de biopotenciales
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2024-11
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Resumen
El siguiente documento presenta el desarrollo del diseño de un filtro pasa-bajos de segundo orden en tecnología CMOS de 180nm para procesar señales biomédicas de EMG, ECG y EEG. Inicialmente, el grupo de investigación "Electromagnetismo, Salud y Calidad de Vida" de la Universidad El Bosque desarrolló un chip de electromiografía (EMG) con un filtro pasa-bajos de primer orden. Durante las pruebas, se identificó que el filtro actual no satisface los requisitos para procesar señales de EEG y ECG, lo que llevó a la propuesta de una nueva versión del sistema. El circuito diseñado permite ajustar dinámicamente la frecuencia de corte a 500 Hz, 150 Hz y 100 Hz para cada tipo de señal, mediante diferentes configuraciones de capacitores que son controladas a partir de pass gates usando un código binario. Esta configuración permite eliminar ruido y preservar la información diagnóstica, logrando alta precisión en la sintonización y robustez ante variaciones de proceso y temperatura, mejorando así el análisis de biopotenciales en aplicaciones médicas y disminuyendo el área física del circuito integrado. El filtro presentado en este documento permite la sintonización de dichas frecuencias de corte, teniendo en cuenta variaciones en el proceso de fabricación, la temperatura, y el voltaje de alimentación. En adición, se diseñó el layout del circuito utilizando técnicas reconocidas para garantizar la simetría en el comportamiento eléctrico de los transistores, garantizando un rendimiento confiable a lo largo de diferentes muestras del circuito, además de un placement (disposición en el espacio) adecuado de los dispositivos de tal forma que se optimicé el área ocupada. El layout diseñado cumple reglas de diseño DRS y la verificación layout versus esquemático LVS.
Descripción
Abstract
The following paper presents the development of a second-order low-pass filter design in 180nm CMOS technology to process biomedical EMG, ECG and EEG signals. Initially, the "Electromagnetism, Health and Quality of Life" research group at Universidad El Bosque developed an electromyography (EMG) chip with a first-order low-pass filter. During testing, it was identified that the current filter does not meet the requirements for processing EEG and ECG signals, leading to the proposal of a new version of the system. The designed circuit allows dynamic adjustment of the cut-off frequency to 500 Hz, 150 Hz and 100 Hz for each type of signal, through different capacitor configurations that are controlled from gates using a binary code. This configuration allows noise to be eliminated and diagnostic information to be preserved, achieving high tuning precision and robustness against process and temperature variations, thus improving biopotential analysis in medical applications and decreasing the physical area of the integrated circuit. The filter presented in this document allows tuning of said cutoff frequencies, taking into account variations in the manufacturing process, temperature and supply voltage. In addition, the circuit design was designed using recognized techniques to ensure symmetry in the electrical behavior of the transistors, guaranteeing reliable performance across different circuit samples, as well as proper placement (arrangement in space) of the devices in such a way that the occupied area is optimized. The designed design complies with the DRS design rules and the LVS design versus schematic verification.
Palabras clave
Filtro pasa-bajos, Electromiografía, Electroencefalografía, Electrocardiografía, CMOS, Biopotenciales
Keywords
Low-pass filter, Electromyography, Electroencephalography, Electrocardiography, CMOS, Biopotentials