Projeto de um receptor BFSK integrado para HBC baseado na técnica injection locking

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Almeida, Marinel Borges
• Orientador(a): Santana, Edson Pinto
• Banca de defesa: Santana, Edson Pinto, Pereira, Maicon Deivid, Lima, Robson Nunes de, Dantas, Gabriele Costa Gonçalves
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal da Bahia
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE)
• Departamento: Escola Politécnica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Receptor; HBC; Injection locking; Comunicação; CMOS
• Área do conhecimento CNPq: Engenharia
• Link de acesso: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39262

As tecnologias de telecomunicação avançaram a ponto de possibilitar redes especializadas na transmissão de dados nas proximidades do corpo. Este método de comunicação, conhecido como Body Area Network (BAN), está evoluindo rapidamente, exigindo maior portabilidade e uma vida útil mais extensa das baterias. Isso, por sua vez, impulsiona a necessidade de redução no consumo de energia. Por esse motivo, soluções têm sido estudadas nas últimas três décadas para aprimorar a eficiência energética na transmissão de sinais. Dentre essas tecnologias, a técnica HBC (Human Body Communication) destaca-se nas pesquisas acadêmicas recentes. O HBC é um método de comunicação sem fio para redes corporais que oferece vantagens em termos de consumo, segurança e interferência quando comparado a outros métodos baseados em radiação. Essa vantagem advém da utilização do corpo humano como canal de transferência de sinal. No presente trabalho, descrevem-se o projeto e as simulações pós-leiaute de um receptor para HBC com acoplamento capacitivo, desenvolvido em tecnologia CMOS de 180 nm, capaz de demodular sinais BFSK. Utiliza-se uma arquitetura que realiza a conversão frequência-fase, explorando o fenômeno de injection locking. O receptor projetado incorpora um amplificador de entrada para elevar o sinal recebido aos níveis necessários para injection locking em um VCO (Voltage Controlled Oscillator). Com o injection locking, uma diferença de fase estará presente entre o sinal do VCO e o sinal injetado. Essa diferença de fase é identificada por um detector de fase, que determina se o sinal do VCO está atrasado ou adiantado. Após filtragem e comparação dos sinais de saída do detector de fase, obtém-se a demodulação do sinal BFSK. As simulações pós-leiaute do circuito demonstram a capacidade do receptor para operar na faixa entre 40 e 60 MHz, com taxas de dados de até 5 Mbps, consumo entre 0,74 mW e 1,58 mW, e eficiência de comunicação entre 148 pJ/bit e 316 pJ/bit, com alimentação de 1,5 V e 1,8 V, respectivamente. O estudo realizado neste trabalho incrementa o conhecimento sobre o projeto de receptor para HBC demostrando um caminho para o melhoramento no consumo de energia na comunicação de sinal sem fio, permitindo seu uso em BANs em aplicações médicas, de segurança ou entretenimento.