The Development of an Analog Front End in LTPO Technology

Abstract

Thin Film Transistors (TFT’s) staan bekend om hun buigbaarheid in alle richtingen, wat hen bijzonder geschikt maakt voor flexibele toepassingen. Een interessante toepassing is het lokaal monitoren van elektrocardiografische (ECG) signalen, waarbij een volledig flexibele chip de elektrische hartsignalen ter plaatse kan versterken en verwerken. Een recente ontwikkeling in TFT-technologie is de opkomst van Low-Temperature Polycrystalline Oxide (LTPO), dat een hybride is van de p-type TFT’s van Low-Temperature Poly Silicon en de n-type TFT’s van Amorf Indium Gallium Zinc Oxide. In deze thesis werd een analoge front end (AFE) in LTPO ontworpen, specifiek voor ECG, bestaande uit een analoge signaalversterker en een digitaal hartslagdetectiecircuit.

De signaalversterker bestaat uit een tweetraps volledig differentiële architectuur met in cascade geschakelde transistors. Het ontwerp bereikt een geslotenlusversterking van 49,6 dB (≈300x), met een -3 dB afsnijfrequentie van 8.5 kHz en een fasemarge van 30◦, wat het geschikt maakt voor nauwkeurige ECG-verwerking. Daarnaast is er een digitale hartslagdetector ontworpen op basis van de StrongARM-latchtopologie, gevolgd door een flankdetector. De volledige AFE levert drie uitgangen: twee versterkte differentiële uitgangssignalen en een digitale hartslagpuls. Het systeem werkt op een voeding van 3 V, met een gemiddeld stroomverbruik van 6,8 µW. Vergeleken met eerder LTPO-onderzoek tonen de resultaten een aanzienlijke verbetering, vooral in stroomverbruik.