Modeling of integrated signal converters for biomedical sensor microsystems

І.Т. Когут; Б.С. Дзундза; В.І. Голота; О.І. Бульбук; В.В. Федорюк; Л.І. Никируй

doi:10.15330/pcss.24.3.515-519

Автор(и)

І.Т. Когут Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
Б.С. Дзундза Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
В.І. Голота Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна
О.І. Бульбук Івано-Франківський національний медичний університет, Івано-Франківськ, Україна
В.В. Федорюк Івано-Франківський національний медичний університет, Івано-Франківськ, Україна
Л.І. Никируй Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.24.3.515-519

Ключові слова:

сенсорна мікросистема, інтегральний перетворювач сигналів, фоточутливий елемент, схемотехнічне моделювання, операційний підсилювач, КМОН-структури

Анотація

В роботі наведено результати комп’ютерного моделювання запропонованої функціонально-електричної схеми інтегрального перетворювачів сигналів (ІПС) від фото- чутливих елементів на основі КМОН-операційних підсилювачів, що призначена для побудови елементної бази гібридних сенсорних мікросистем для біомедичних застосувань. Особливістю даного ІПС є регулювання та фільтрація амплітуди постійної складової у підсиленому сигналі від діодного фоточутливого елементу в діапазоні хвиль 400 - 1040 нм.

Проведено комп’ютерне моделювання функціонування пристрою, визначено складові компоненти і проведено їх параметричну оптимізацію. Результати експериментальних досліджень і комп’ютерного моделювання добре співпадають, що підтверджує правильність функціонування запропонованого перетворювача сигналів від фоточутливих елементів. Розроблений ІПС є придатним для створення реальних пристроїв, як на основі дискретних компонентів, так і в інтегральному виконанні, як елемент сенсорних мікросистем-на-кристалі або інтелектуальних сенсорів.

Посилання

S. Pimentel, P.D. Aguero, A.J. Uriz, J.C. Moreira, Simulation of a non-invasive glucometer based on a microwave resonator sensor, Journal of Physics: Conference Series, 477, 012020 (2013); https://doi.org/10.1088/1742-6596/477/1/012020.

Mejia-Mejia Elisa, Allen John, Budidha Karthik, El-Hajj Chadi, P.A. Kyriacou, P.H. Charlton, Photoplethysmography Signal Processing and Synthesis, Photoplethysmography, 1 (2022); https://doi.org/10.1016/b978-0-12-823374-0.00015-3.

B.K. Alexandra, A.N. Semenova, V.A. Zyulin, Determination of Pulse Oximetric Parameters of the Body by Photoplethysmography, 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), 123 (2022); https://doi.org/10.1109/ElConRus54750.2022.9755665.

R.G. Khemani, N.R. Patel, R.D. Bart, C.J.L. Newth, Comparison of the Pulse Oximetric Saturation/Fraction of Inspired Oxygen Ratio and the PaO2 Fraction of Inspired Oxygen Ratio in Children, Chest, 35(3), 662, (2009); https://doi.org/10.1378/chest.08-2239.

J.H. Kwon, S.E. Kim, N.H. Kim, E.C. Lee, J.H. Lee, Preeminently Robust Neural PPG Denoiser, Sensors, 22, 2082 (2022); https://doi.org/10.3390/s22062082.

J. Moraes, M. Rocha, G. Vasconcelos, J. Vasconcelos Filho, V. de Albuquerque, A. Alexandria, Advances in Photopletysmography Signal Analysis for Biomedical Applications, Sensors, 18(6), 1894, (2018); https://doi.org/10.3390/s18061894.

R.I.R. Javier, A.O. Baloloy, N.B. Linsangan, I.V. Villamor, Portable Non-Invasive Glucometer using N Infrared Sensor and Raspberry Pi, 2020 4th International Conference on Electrical, Telecommunication and Computer Engineering, 35, (2020).

K.V. Pozhar, M.O. Mikhailov, E.L. Litinskaia, Near-Infrared Spectroscopy for Noninvasive Measurement of Blood Glucose: Problems, Progress, Tasks, Biomed Eng., 56, 64 (2022); https://doi.org/10.1007/s10527-022-10168-5.

B.S. Dzundza. Hardware and software complex for studies of thermoelectric properties of semiconductor structures. Patent of Ukraine No 126766, Application No a201910764, Date of publication: 02.02.2023.

B.S. Dzundza, I.T. Kogut, V.I. Holota, L.V. Turovska, M.V. Deychakivskiy, Principles of Construction of Hybrid Microsystems for Biomedical Applications, Physics and Chemistry of Solid State, 23(4), 776 (2022); https://doi.org/10.15330/pcss.23.4.776-784.

I.T. Kogut, A.A. Druzhinin, V.I. Holota, 3D SOI elements for system-on-chip applicationsю, Advanced Materials Research, 276, 137–144 (2011); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.276.137.

A. Druzhinin, I. Ostrovskii, Y. Khoverko, I. Kogut, V. Golota, Nanoscale polysilicon in sensors of physical values at cryogenic temperatures, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 29(10), 8364 (2018); https://doi.org/10.1007/s10854-018-8847-0.