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Tipo: Dissertação
Título: Projeto de um receptor BFSK integrado para HBC baseado na técnica injection locking
Título(s) alternativo(s): Design of an Integrated BFSK Receiver for HBC Based on Injection Locking Technique
Autor(es): Almeida, Marinel Borges
Primeiro Orientador: Santana, Edson Pinto
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Pereira, Maicon Deivid
metadata.dc.contributor.referee1: Santana, Edson Pinto
metadata.dc.contributor.referee2: Pereira, Maicon Deivid
metadata.dc.contributor.referee3: Lima, Robson Nunes de
metadata.dc.contributor.referee4: Dantas, Gabriele Costa Gonçalves
Resumo: As tecnologias de telecomunicação avançaram a ponto de possibilitar redes especializadas na transmissão de dados nas proximidades do corpo. Este método de comunicação, conhecido como Body Area Network (BAN), está evoluindo rapidamente, exigindo maior portabilidade e uma vida útil mais extensa das baterias. Isso, por sua vez, impulsiona a necessidade de redução no consumo de energia. Por esse motivo, soluções têm sido estudadas nas últimas três décadas para aprimorar a eficiência energética na transmissão de sinais. Dentre essas tecnologias, a técnica HBC (Human Body Communication) destaca-se nas pesquisas acadêmicas recentes. O HBC é um método de comunicação sem fio para redes corporais que oferece vantagens em termos de consumo, segurança e interferência quando comparado a outros métodos baseados em radiação. Essa vantagem advém da utilização do corpo humano como canal de transferência de sinal. No presente trabalho, descrevem-se o projeto e as simulações pós-leiaute de um receptor para HBC com acoplamento capacitivo, desenvolvido em tecnologia CMOS de 180 nm, capaz de demodular sinais BFSK. Utiliza-se uma arquitetura que realiza a conversão frequência-fase, explorando o fenômeno de injection locking. O receptor projetado incorpora um amplificador de entrada para elevar o sinal recebido aos níveis necessários para injection locking em um VCO (Voltage Controlled Oscillator). Com o injection locking, uma diferença de fase estará presente entre o sinal do VCO e o sinal injetado. Essa diferença de fase é identificada por um detector de fase, que determina se o sinal do VCO está atrasado ou adiantado. Após filtragem e comparação dos sinais de saída do detector de fase, obtém-se a demodulação do sinal BFSK. As simulações pós-leiaute do circuito demonstram a capacidade do receptor para operar na faixa entre 40 e 60 MHz, com taxas de dados de até 5 Mbps, consumo entre 0,74 mW e 1,58 mW, e eficiência de comunicação entre 148 pJ/bit e 316 pJ/bit, com alimentação de 1,5 V e 1,8 V, respectivamente. O estudo realizado neste trabalho incrementa o conhecimento sobre o projeto de receptor para HBC demostrando um caminho para o melhoramento no consumo de energia na comunicação de sinal sem fio, permitindo seu uso em BANs em aplicações médicas, de segurança ou entretenimento.
Abstract: Telecommunication technologies have advanced to the point of enabling networks specialized in data transmission in close proximity to the body. This method of communication, known as Body Area Network (BAN), is evolving rapidly, demanding greater portability and longer battery life. This, in turn, drives the need for reduced power consumption. For this reason, solutions have been studied over the last three decades to improve energy efficiency in signal transmission. Among these technologies, the Human Body Communication (HBC) technique stands out in recent academic research. HBC is a wireless communication method for body networks that offers advantages in terms of consumption, security, and interference compared to other radiation-based methods. This advantage comes from using the human body as a signal transfer channel. In this paper, we describe the design and post-layout simulations of a receiver for HBC with capacitive coupling, developed in 180 nm CMOS technology, capable of demodulating BFSK signals. We employ an architecture that performs frequency-phase conversion, exploiting the phenomenon of injection locking. The designed receiver incorporates an input amplifier to raise the received signal to the levels required for injection locking in a Voltage Controlled Oscillator (VCO). With injection locking, a phase difference will be present between the VCO signal and the injected signal. This phase difference is identified by a phase detector, which determines whether the VCO signal is delayed or advanced. After filtering and comparing the output signals of the phase detector, BFSK signal demodulation is obtained. Post-layout simulations of the circuit demonstrate the receiver's ability to operate in the range between 40 and 60 MHz, with data rates of up to 5 Mbps, power consumption between 0.74 mW and 1.58 mW, and communication efficiency between 148 pJ/bit and 316 pJ/bit, with power supply of 1.5 V and 1.8 V, respectively. The study conducted in this work enhances the knowledge of receiver design for HBC by demonstrating a pathway for improving energy consumption in wireless signal communication, enabling its use in BANs in medical, security, or entertainment applications.
Palavras-chave: Receptor
HBC
Injection locking
Comunicação
CMOS
CNPq: Engenharia
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Escola Politécnica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) 
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39262
Data do documento: 1-Fev-2024
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