Projeto de fonte de corrente senoidal para medidas de sinal de bioimpedância

Abstract

Equipamentos de medida para aplicações médicas não invasivas se tornam cada vez mais comuns para realizar diagnósticos de patologias e a integração de wearables no cotidiano das pessoas se torna cada vez mais comum. Além disso, análises por processamento de imagem e a disseminação de tecnologias de machine learning tem tornado técnicas como a Tomografia de Impedância Elétrica alternativas viáveis para diagnósticos de lesões ortopédicas e até mesmo ensaios em tempo real para atletismo de alto desempenho. Contudo, para atingir tais objetivos de dispositivos altamente não intrusivos e que realizem medidas confiáveis são necessários um alto gral de integração de componentes eletrônicos e técnicas adequadas de instrumentação. Por isso, esse trabalho propõe-se a desenvolver um driver de corrente para a realização de medidas de bioimpedância através do método de Síntese Digital Direta. Isso porque essa técnica possui diversas vantagens sobre suas contrapartes analógicas, como redução na dependência da temperatura, controle superior sobre a frequência de saída e ajuste fino sobre a fase através de controle digital além de permitir alto grau de integração por não requerer componentes reativos dispendiosos em área. Utilizando essa técnica e através de otimizações das lógicas e circuitos digitais foi obtido um circuito capaz de fornecer uma saída com erro de frequência de 5,95 ppm com clock máximo de 512,5 MHz e distorção harmônica total de 0,258%.

Measurement equipment for non-invasive medical applications is becoming increasingly common to diagnose pathologies and the integration of wearables into people's daily lives is becoming more and more common. In addition, image processing analyzes, and the spread of machine learning technologies have made techniques such as Electrical Impedance Tomography viable alternatives for diagnosing orthopedic injuries and even real-time tests for high-performance athletics. However, to achieve such goals of highly non-intrusive devices that perform reliable measurements, a high degree of integration of electronic components and adequate instrumentation techniques are required. Therefore, this work proposes to develop a current driver to carry out bioimpedance measurements through the Direct Digital Synthesis method. This is because this technique has several advantages over its analog counterparts, such as reduced temperature dependence, superior control over the output frequency and fine adjustment over the phase through digital control, in addition to allowing a high degree of integration by not requiring area consuming reactive components. Using this technique and trough logical and digital circuitry optimizations the circuit achieved was able to supply an output with 5,95 ppm frequency error with a maximum clock of 512,5 MHz and total harmonic distortion of 0,258%.