Field programmable analog array design for biomedical applications

Abstract

Biyomedikal sinyalleri yakalamak ve işlemek klinik uygulamalar ve akademik araştırmalar için onemli adımlardır.Klinik uygulamalar, hastalıklarn teşhisini ve işlevsel elektrikli uyarı sistemlerinin kontrolünü içermektedir. Diğertaraftan, akademik araştırmalarda veri setleri oluşturabilmek için biyomedikal sinyallerin toplanması gerekmektedir.Çogu zaman bu uygulamaların her ikisi icin de, hasta veya denek günlükhayatına devam ederken çok sayıda elektrod yardımıyla uzun süre veri toplanması gerekmektedir.Böyle durumlarda, taşınabilir ve insan sağlığına yan etkisi bulunmayan tıbbi cihazların kullanımı önemkazanmaktadır. Tıbbi sinyalleri elde etmek ve işlemek için, analog uç devrelerinin ve analog işlemedevrelerinin uygulanması gerekmektedir. Tıbbi sinyaller, düşük genlikli ve düşük frekanslı vücutsinyalleridir. Canlı bir dokudan biyomedikal sinyaller elde etmek gürültüye oldukça hassastır. Buellikle yükselticiler, filtreler, RMS dönüştürücüler veya doğrultulmuş ortalama değer dönüştürücülerbilir cihazlar önem kazanmaktadır. Bu sebeplerden dolayı, analog devreler önceden tanımlanmış sınırlıbir işlem aralığında programlanabilir olacak şekilde tasarlanabilir. Bu calışmada, Düşük Gürültülü YükselticiFiltreler, Analog-Saysal Dönüştürücü, Anahtarlama Devreleri ve Programlama Devreleri gibi ana yapı bloklarıtasarlanmıştır. Bu ana blokların serim öncesi ve sonrası benzetimleri yapılmıştır. Bu yapı blokları kullanılarakbiyomedikal sinyal işlemenin genel gereklilikleri göz önünde bulundurularak CAB yapısı tasarlanmıştır.

The acquisition and processing of biomedical signals are important steps forclinical applications and academic research. Clinical applications involves diagnosis ofdiseases and also control of the prothesis or functional electrical stimulation systems.On the other hand, in academical researches biomedical signals must be collected forgenerating data sets. For both of these two applications, most of the time data capturingdevice needs to get data from the patient or subject for a long period of time ormultiple electrodes need to get data at the same time as long as the patient or subjectcarries on his/her daily life. In such cases mobile medical devices become important.To capture and process the medical signals, analog front-end circuits and analog processingcircuits need to be implemented. Medical signals are the signals which have lowamplitude and low frequency body signals. Capturing biomedical signals on a livingtissue is highly noise sensitive. Because of these reasons, implementation and validationof these type of circuits are harder and more time consuming. Biomedical signalsare usually processed using analog circuits such as instrumentation ampliers, lters,RMS converters or rectied average value converters. The design of such traditionalcircuits, however, especially during the validation phase, is time consuming. To reducethe time required for analog design, programmable devices become important. As aresult, analog circuits can be designed to be programmable in a pre-dened limitedoperation range. In this study, main building blocks such as Low Noise Amplier,Filters, Analog to Digital Converter, Switch Logic and Programming Logic have build.Pre-layout and post-layout simulations of these main building blocks have done. Byusing these building blocks, CAB structures have designed by considering the generalrequirements of a biomedical signal processing.