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Título: Microssistema de processamento de sinal para medida de bioimpedância em tecnologia CMOS de baixo consumo
Autor: Miranda, Nuno Miguel Ferreira
Orientador: Santos, Raul Manuel Pereira Morais dos
Serôdio, Carlos Manuel José Alves
Palavras-chave: Consumo de energia
Condutância elétrica
Microssistema de medida
Data: 16-Dez-2015
Resumo: Em muitas aplicações para dispositivos sensoriais, o consumo de energia é um fator importante do qual depende todo o respetivo projeto. Dispositivos autónomos e remotos como sensores bioimplantáveis e redes de sensores são dois exemplos concretos em que os requisitos de energia influenciam desde a fonte e armazenamento de energia, até as dimensões do dispositivo final. Em última análise, as especificações de consumo podem ditar a viabilidade de um dispositivo para determinada aplicação. Concretamente, a gestão de manadas em explorações de gado bovino, através de um dispositivo autónomo e implantável que deteta o momento ótimo para proceder à inseminação artificial com base na medição de condutância elétrica dos tecidos é a motivação para o trabalho. No entanto, devido à enorme diversidade de transdutores resistivos, o desenvolvimento de um conversor de condutância de muito baixo consumo pode contribuir para muitas aplicações. Este trabalho apresenta um novo método de conversão de condutividade elétrica para aplicações de muito baixo consumo e implementação em tecnologia CMOS. O método aplica técnicas de processamento que normalmente se aplicam em dispositivos de precisão, mas que podem também ser aplicadas para permitir a redução do consumo de energia. Para validar a aplicabilidade do método de conversão apresentado em dispositivos de baixo consumo, foi desenvolvido um protótipo de medida, em que todo o seu projeto é descrito. Os testes realizados com o protótipo implementado demonstram a possibilidade deste poder ser alimentado a partir de uma única célula acumuladora de 1.2 V, com um consumo global inferior a 1.175 µW.
In many sensory devices power consumption is such an important factor that makes all the device design dependent on it. Autonomous and remote devices, such as bioimplantable sensors and wireless sensor networks are two examples wherein power requirements rules device design from energy source and storage to the final device dimensions. At extreme case power specifications may dictate the viability for a specific application. Herd management in animal explorations through an implantable device to detect the optimum moment to execute artificial insemination based on electrical bioimpedance measurement is the main motivation for this work. Nevertheless, due to the extensive range of resistive transducers, the development of a very low power electric conductance converter may contribute for many applications. This work presents a new electrical conductance conversion method suitable for very low power applications and CMOS implementation. This method employs processing techniques normally applied in precision devices, but can also be applied do allow reducing power consumption. To validate the applicability of the conversion method for low power devices, an electric conductance converter prototype was implemented and all design is presented. Prototype tests show the possibility to be supplied from a single 1.2V accumulator cell with consumption lower than 1.175 µW.
Descrição: Tese de Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
URI: http://hdl.handle.net/10348/5340
Tipo de Documento: Tese de Doutoramento
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