Gerador de sinais para aplicação da espectroscopia de bioimpedânica elétrica na detecção de câncer. - Amaya Palacio, Jose Alejandro (2017)
No intervalo de valores de frequência de poucos kHz até 1 MHz, nomeado às vezes como região de dispersão ?, as estruturas das células são o principal determinante da impedância do tecido. Esse é o fundamento básico da Espectroscopia da Bioimpedância Elétrica - EBE, a qual tem importância significativa como ferramenta de diagnóstico do câncer de colo no útero - CCU. A EBE consiste na medição de impedância elétrica do tecido cervical para diferentes valores de frequência. A diferença do comportamento no valor da impedância na frequência entre o tecido normal e o cancerígeno é usada para detectar o nível de neoplasia. Um bloco importante do Sistema EBE é o bloco gerador de sinal, o qual está composto principalmente de: a) Oscilador Controlado Numericamente - NCO, b) Conversor Digital - Analógico - DAC e c) Fonte de Corrente Controlada por Tensão - VCCS. O Objetivo do presente trabalho foi o projeto dos blocos principais do Gerador de Sinal para aplicação da Espectroscopia da Bioimpedância Elétrica na Detecção do Câncer no colo do Útero. O Gerador de Sinal é composto de: Oscilador Controlado Numericamente baseado no algoritmo de CORDIC, Conversor Digital - Analógico de 10 bits e Fonte de Corrente Controlada por Tensão. É apresentado o projeto do Oscilador Controlado Numericamente (NCO) de 10 bits baseado na arquitetura iterativa do CORDIC e otimizado em termos da área. O NCO foi implementado na Tecnologia CMOS do Processo da TSMC 180 nm por meio do FREE MINI@SIC IMEC-TSMC 2015. As especificações do projeto foram obtidas dos requerimentos da aplicação da Espectroscopia da Bioimpedância Elétrica - EBE na detecção do Câncer no Colo do Útero - CCU. A arquitetura proposta é composta fundamentalmente de: seletor de frequência de 5 bits, gerador do valor angular, bloco de pré-rotação, unidade aritmética do CORDIC, Unidade de Controle e tabela de busca da referência para arco-tangente. A área do núcleo para este componente foi de 133µmx133µm, ou seja, 0,017689 mm². Foi configurado para gerar 32 valores de frequência de sinais sinusoidais no intervalo de valores de frequência de 100 Hz até 1 MHz com um erro máximo de 0,00623% entre os valores de frequência obtidos da simulação e os resultados experimentais. O Conversor Digital - Analógico foi projetado no nível do esquemático numa arquitetura Current-Steering Segmentada 6-4 com valores de DNL<0,1 LSB e INL<0,2 LSB obtidos na análise de corners. O circuito VCCS foi projetado, simulado e fabricado em Tecnologia CMOS da TSMC 130 nm com polarização de 1,3 V. A Fonte de Corrente de Howland proposta foi baseada no amplificador operacional auto polarizado complementar de cascode dobrado (SB-CFC). De acordo com os requerimentos do padrão internacional IEC:60601-1 o valor pico da corrente sinusoidal foi ajustado em 10 µA. De acordo com aplicação da EBE para a CCD, as especificações do SB-CFC-AO foram calculadas para obter uma corrente sinusoidal na faixa de frequência de 100 Hz até 1 MHz com impedância de saída maior do que 1 MOhm a 1 MHz de frequência. Foram executadas simulações post-layout e os principais resultados foram: 10±0,0035 µA para a amplitude na corrente de saída na faixa de frequência especificada com 5 kOhm de resistência de carga, valores de impedância de saída maiores do 1,6 MOhm a 1 MHz; variações na amplitude da corrente de saída menores do que 0,4% para impedância de carga de 10 Ohm até 5 kOhm. O resultado experimental em termos de não-linearidade apresentou o máximo de 2% da plena escala. De acordo com os resultados obtidos, o desempenho do VCCS é adequado para aplicações da EBE na CCD.