Projeto, implementação e modelagem compacta de transistores MOSFET na configuração pseudorresistor para circuitos aplificadores de biosinais

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um macromodelo PWL (PieceWise Linear) para a simulação SPICE de um pseudorresistor. A motivação da criação do modelo surgiu do fato que os pseudorresistores não conseguem ter o seu comportamento completamente previsto pelos modelos de simulação SPICE disponíveis em algumas regiões operacionais. Como estudo de caso, para a validação do modelo criado, foi desenvolvido um sistema de detecção do complexo QRS durante a aquisição de eletrocardiograma. A variação da pseudorresistência em função da temperatura foi caracterizada e incluída no modelo. O leiaute dos circuitos foi desenvolvido para a tecnologia 8HP de 0,13 µm da Global Foundries, resultando na fabricação de um circuito integrado. Análises experimentais foram realizadas para o levantamento da curva de ganho, bem como do comportamento do tempo de recuperação do circuito frente a um transitório de tensão continua (DC) na entrada. Medidas experimentais com um sinal emulado de ECG (eletrocardiograma) também foram realizadas para a caracterização do bioamplificador como detector de QRS e os resultados obtidos foram bastante satisfatórios. Além disso, também foram realizadas as caracterizações do bioamplificador em função da variação de temperatura. Todas as medidas citadas anteriormente foram realizadas entre a temperatura ambiente e 60 ºC. São apresentados resultados de simulação SPICE para o circuito bioamplificador com o macromodelo, e os resultados obtidos são comparados com os dados experimentais que comprovam que o macromodelo desenvolvido atende à finalidade para a qual ele foi desenvolvido

This work shows the SPICE PWL (PieceWise Linear) macromodel development aiming a pseudo-resistor simulation. The lack of a SPICE simulation model that correctly describes the pseudo-resistor behavior is the main inspiration of this designing. A bio-amplifier for the QRS complex detection was made as a case study for the validation of the developed PWL macromodel. The temperature dependency of the pseudo-resistor equivalent resistance also was characterized and included in the macromodel. The circuits lay-out were developed using the Global Foundries 8HP 0.13 µm technology, resulting in a fabricated integrated circuit. To draw the bio-amplifier gain response and its transitory recovery time behaviors, some experimental analyses was made. Experimental analysis with an emulated ECG signal also was made to characterize the bio-amplifier as a QRS detector, and the obtained results were very well. A few bio-amplifier simulation results that include the macromodel were presented in order to evaluate this device. Furthermore, bioamplifier characterization were also carried out as a function of temperature variation. All of the analysis early mentioned were performed considering the temperature variation from room temperature up to 60 ºC. Comparing the simulated response and the experimental data with same input conditions, can be seen that de proposed macromodel provides a suitable pseudo-resistor behavior