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

Abstract

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.