Projeto de amplificador de baixo ruído UWB integrado em tag passiva UHF com coleta de energia para sensoriamento e monitoramento de sinais vitais

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Costa, Ciro Barbosa
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Ultra High Frequency Band (UHF)
Sistemas de comunicação de microondas
Monitoramento de Sinais Vitais
Link de acesso: http://repositorio.unb.br/handle/10482/52167
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2024.
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spelling Projeto de amplificador de baixo ruído UWB integrado em tag passiva UHF com coleta de energia para sensoriamento e monitoramento de sinais vitaisUltra High Frequency Band (UHF)Sistemas de comunicação de microondasMonitoramento de Sinais VitaisDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2024.Neste projeto, apresenta-se o design de um amplificador de baixo ruído em tecnologia metal-óxido-semicondutor complementar (do Inglês: CMOS) 180nm, que é integrado em uma tag passiva UHF (Ultra High Frequency)/UWB (Ultra Wideband) com finalidade de monitoramento do fluxo sanguíneo cardíaco e pulmonar, de um paciente em sua residência. Considerando o quanto os circuitos integrados evoluiram nos últimos anos, cobrindo vastas aplicações nos setores da eletrônica analógica e digital, afirma-se que o padrão UWB é uma boa escolha para aplicações biomédicas não invasivas, e as mais diversas aplicações em IoT, no geral. A tag realiza medições, transmissão e recepção de dados vitais, permitindo qualquer tipo de controle e geração de alarmes. O circuito é energizado através da coleta de energia (do Inglês: energy harvesting) pela banda UHF. Adicionalmente, é integrado uma unidade de gerenciamento de potência, de forma a controlar o uso da bateria quando o recebimento dos dados está ativo, que também é energizado pela coleta de energia. A função principal do amplificador de baixo ruído (LNA), presente no receptor UWB, é aumentar a amplitude do sinal causando o mínimo de distorções ao mesmo e controlar a figura de ruído de todo o receptor. Dessa forma o projeto do LNA foi avaliado através de suas perdas por reflexão na entrada e na saída, ambas possuindo valores menores que -10 ���� em toda a largura de banda, além de alcançar um alto ganho de 17.05 ����, uma figura de ruído de 3.29 ���� a 4.68 ����, critérios de estabilidade cumpridos, linearidade (P1dB) de -18 dBm e uma área consumida de 0.7 ����2 . Simulações de corners foram efetuadas com respeito a variações extremas na temperatura e na tensão de alimentação, além de simulações pós-layout após a extração de parasitas. Adicionalmente, efetuou-se simulações com dois LNAs cascateados com finalidade de obtenção de um maior ganho, e apesar de o design ter sido realizado com o objetivo de cumprir uma largura de banda de 3 GHz a 6 GHz, constatou-se um funcionamento de 3 GHz a 7 GHz.In this project, we present the design of a low-noise amplifier in complementary metal oxide-semiconductor (CMOS) 180nm technology. This amplifier is integrated into a passive Ultra High Frequency (UHF)/Ultra Wideband (UWB) tag with the purpose of monitoring cardiac and pulmonary blood flow in a patient’s residence. Considering the significant advancements in integrated circuits over recent years, spanning a wide range of applications in analog and digital electronics, it is asserted that the UWB standard is a suitable choice for non-invasive biomedical applications and various applications in the Internet of Things (IoT) in general. The tag performs measurements, data transmission, and reception of vital information, enabling various forms of control and alarm generation. The circuit is powered through energy harvesting from the UHF band. Additionally, a power management unit is integrated to control battery usage when data reception is active, also powered by energy harvesting. The primary function of the low-noise amplifier (LNA) in the UWB receiver is to increase the signal amplitude with minimal distortion and control the noise figure of the entire receiver. Thus, the LNA project was evaluated based on reflection losses at the input and output, gain, noise figure, stability, and consumed area. Corner simulations were conducted considering extreme variations in temperature and supply voltage, along with post-layout simulations after parasitic extraction.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Sistemas MecatrônicosMuñoz Arboleda, Daniel MauricioAmaral, Wellington Avelino doCosta, Ciro Barbosa2025-05-06T18:49:45Z2025-05-06T18:49:45Z2025-05-062024-03-11info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCOSTA, Ciro Barbosa. Projeto de amplificador de baixo ruído UWB integrado em tag passiva UHF com coleta de energia para sensoriamento e monitoramento de sinais vitais. 2024. 975 f., il. Dissertação (Mestrado em Sistemas Mecatrônicos) — Universidade de Brasília, Brasília, 2024.http://repositorio.unb.br/handle/10482/52167porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2025-05-06T18:49:46Zoai:repositorio.unb.br:10482/52167Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2025-05-06T18:49:46Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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