Amplificador de ganho variável controlado por razão cíclica

Abstract

Um amplificador de ganho variável (VGA) ajustado digitalmente pela razão cíclica do sinal de controle é apresentado neste trabalho. O circuito baseia-se no principio superregenerativo criado por Armstrong na década de 1920. Através desta técnica, consegue-se obter um ajuste fino do ganho sem necessidade de utilizar um DAC como interface entre o controle digital e o amplificador, como visto nos VGAs convencionais. O projeto foi contextualizado dentro de um sistema de aquisição de sinais biopotenciais e foi realizado em um processo de fabricação de 0,18 µ m CMOS padrão. Os resultados, a partir de simulações, mostraram que o projeto cumpre com as especificações, atingindo, entre outras características, uma faixa de ganho de 45 dB com uma banda de 1,25 kHz, um consumo de 6,4 µ W e uma faixa linear de 900 mV para uma THD de 0,5 %. Algumas medições preliminares foram feitas as quais comprovaram o funcionamento do circuito. Em complemento ao VGA integrado, uma versão com componentes discretos foi implementada com o intuito de verificar a sua funcionalidade numa aplicação real. O circuito final precisou de um AFE completo, o qual foi voltado para a medição de sinais cardíacos utilizando apenas dois eletrodos. Os resultados do protótipo discreto validaram o principio de amplificação proposto no VGA para este tipo de aplicação.<br>

Abstract : In this work, a variable-gain amplifier (VGA) adjusted by the duty-cycle of a control signal is presented. This circuit is based on the superregenerative concept created by Armstrong back in the 1920's. The chosen technique allows to perform a fine control of the gain without any DAC at the interface between the digital control and the amplifier, as usually seen in other VGAs. A 0.18mm standard CMOS process was used for the design. Specifications were satisfied by simulation results, in which, among other results, it was obtained a gain range of 45dB within a 1.25kHz bandwidth, a power consumption of 6.4mW and 900mV of linear range for a 0.5% THD. Some preliminary measurements of the chip proved also the correct functioning of the circuit. As a complement of the integrated VGA, a discrete-component version was also implemented in order to verify its functionality in a real application. The final circuit included a complete analog front-end which was optimize for cardiac signals measurement using only two electrodes. The results of the discrete-component prototype validated the amplification principle proposed in the VGA for this type of aplication.