DISEÑO, MONTAJE Y PRUEBA DE UN MODULADOR ΣΔ DE SEGUNDO ORDEN EN TIEMPO CONTINUO, PARA LA DIGITALIZACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE SEÑALES ECG (DESIGN, CONSTRUCTION AND TEST OF A SECOND-ORDER CONTINUOUS-TIME ΣΔ MODULATOR FOR DIGITALIZITION AND CHARACTERIZATION OF ECG SIGNALS)

Julio Alberto Alvarado Santos, Keni Royer Santiago Vásquez, Luz Noé Oliva Moreno, Juan Jesús Ocampo Hidalgo

Resumen


Resumen
En este trabajo se presenta el análisis, diseño y caracterización de un Modulador Sigma-Delta (∆) de segundo orden en tiempo continuo (TC), para la conversión analógica a digital de una señal electrocardiográfica (ECG), este método de conversión comparado con otros como doble rampa o aproximaciones sucesivas muestra una mejor resolución a nivel de bits y una mejor velocidad de procesamiento para efectos de esta aplicación. El circuito produce una razón señal a ruido pico de 56dB sobre un ancho de banda de 125Hz, usando una frecuencia de muestreo de 250kHz; lo que permite la digitalización de señales ECG a 9 bits efectivos utilizando elementos de bajo costo por lo que será asequible para un amplio número de diseñadores. Una señal ECG procesada por el modulador se reconstruyó, mostrando una correlación cruzada de 0.9654. El sistema se energiza con +/-5V y consume 210mW. Al final, se presenta una comparación con otros trabajos que implementaron el mismo método de conversión dentro de una sola cápsula de circuito integrado.
Palabras Clave: Conversión A/D, Modulador Sigma-Delta, Señal ECG, Tiempo continuo.

Abstract
This work presents the analysis, design, and characterization of a Sigma-Delta Modulator (Σ∆) of second order in continuous time (CT), for the analogue to digital conversion of an electrocardiographic (ECG) signal, this ADC architecture compared to others such as double ramp or Flash shows a better resolution at bit level and a better processing speed for purposes of this application. The circuit produces a signal to peak noise ratio of 56dB over a bandwidth of 125Hz, using a sampling rate of 250kHz; this allows the digitization of ECG signals to 9 effective bits using low-cost elements so it will be affordable for everyone, and its reading will be easy to interpret without the help of a medical specialist due to the method employed. An ECG signal processed by the modulator was reconstructed showing a cross-correlation of 0.9654. The system is powered with +/-5V and consumes 210mW. At the end, a comparison of various quality metrics, such as SNR with optimal values with other works, which implemented the same methodology in a single-chip, is presented.
Keywords: A/D conversion, continuous time, ECG signal, Sigma-Delta modulator.

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