Nuevo sistema de amplificación y conversión de señales analógicas de bajo nivel basado en circuitos de conmutación

La bioingenieria se ha convertido en un pilar muy importante para las ciencias biologicas y medicas; gracias a los grandes avances en la electronica, se han desarrollado instrumentos cada vez mas exactos y precisos. En el presente trabajo se propone un sistema de amplificacion de senales analogicas de bajo nivel en el que se utilizan exclusivamente circuitos de conmutacion sin ningun componente pasivo adicional, en el, es posible la obtencion directa de la senal amplificada en formato digital. Los resultados demuestran que las caracteristicas de las senales amplificadas son comparables a las obtenidas con equipos convencionales de alta calidad. Una de las ventajas principales es que la implementacion del sistema puede compactarse enormemente utilizando circuiteria digital convencional sin que exista practicamente ninguna etapa analogica. Este sistema ha sido desarrollado en dos versiones: como amplificador de senales referidas a masa y como amplificador diferencial de entradas flotantes con las caracteristicas tipicas exigibles a los amplificadores de senales bioelectricas (alto factor de rechazo al modo comun, alta impedancia de entrada, bajo ruido y muy baja distorsion), habiendo sido utilizado como ejemplo la amplificacion de senales de ECG. La tecnica propuesta exigio el desarrollo de sistemas de apoyo para experimentacion y validacion de los resultados obtenidos. De manera importante destaca un sistema de amplificacion multicanal para electrocardiografia controlado por un microcontrolador, en el que se incorpora un metodo de aislamiento de concepcion original. Se abre la posibilidad de abordar implementaciones basadas en FPGA o circuitos programables similares, lo cual podria tener importancia a nivel de realizaciones industriales. La razon de haber elegido la amplificacion de senales bioelectricas como ejemplo de aplicacion, se ha debido a que en dicha tecnica es necesario resolver una serie de problemas particulares complejos relacionados con el nivel muy bajo y la alta contaminacion por ruido e interferencias de dichas senales. Esto unido a la exigencia de aislamiento galvanico de los sistemas utilizados con objeto de garantizar la seguridad del paciente, y a la necesidad de amplificar tanto senales referidas a masa como senales diferenciales flotantes, hace esta aplicacion ideal para ensayar el sistema propuesto en un entorno de maximas dificultades. Aunque se han aportado soluciones originales relacionadas con las senales bioelectricas, en particular, la tecnica propuesta es aplicable a cualquier tipo de senal analogica sin ninguna restriccion. Para la descripcion de la tecnica y su implementacion, el trabajo se ha dividido en cinco capitulos. El primer capitulo presenta el estado del arte que guardan las tecnicas empleadas para la amplificacion de la senales de bajo nivel. En el segundo capitulo, se describe la problematica que presenta el trabajar con senales biologicas, y se establecen los objetivos a lograr en el trabajo. El tercer capitulo, explica con detalle la tecnica propuesta y se analizan las fuentes de error que puede presentar en su aplicacion. El cuarto capitulo, describe cada una de las pruebas realizadas para estimar las fuentes de error. En el quinto capitulo, se presentan los resultados obtenidos en cada una de las pruebas, asi como el analisis de los mismos. El sexto capitulo presenta las conclusiones derivadas del analisis de dichos resultados. Finalmente, como apendices, se presentan los listados de los programas disenados para el microcontrolador, y los usados en el sistema FPGA, ademas se incorpora informacion tecnica de los dispositivos utilizados.