Diseño de un mezclador de frecuencias con topología de Gilbert para espectroscopia médica por impedancia eléctrica en tecnología CMOS de 0.13 μm

Abstract

Actualmente en la medicina se buscan métodos que ayuden a caracterizar, diagnosticar y encontrar de manera correcta y rápida una gran gama de enfermedades las cuales siguen teniendo víctimas mortales a lo largo del mundo como por ejemplo enfermedades cancerosas que afectan los tejidos biológicos. Este trabajo es parte de un proyecto que busca diseñar un circuito integrado para espectroscopia médica por impedancia eléctrica de muestras biológicas, el cual tiene como meta a largo plazo llegar a brindar a la medicina una nueva herramienta de análisis y diagnóstico. Es por esto que para el proyecto se planteó desarrollar uno de los bloques que conforman el sistema de medición de impedancia eléctrica para células biológicas, más específicamente el bloque que funciona como mezclador de frecuencias, que permite el acople de señales y la conversión a baja frecuencia para analizar la medición y extraer el valor de impedancia a una frecuencia dada. En este trabajo se presenta todo el flujo de diseño analógico para el mezclador en una tecnología CMOS de 0.13μm y los diferentes resultados junto con los logros obtenidos después de realizadas las simulaciones hasta nivel de “postlayout”. Para lograr este desarrollo se realizó una investigación acerca de diferentes arquitecturas para el diseño de un mezclador que permite convertir a baja frecuencia, seguidamente se escogió la mejor topología adecuada al proyecto con lo que se construyó un circuito esquemático para poder realizar simulaciones que validaran el diseño y continuar con la etapa de construcción del trazado físico para caracterizar el comportamiento del mezclador con una visión más cercana a la realidad para la gama de frecuencias de entrada propuestas para el proyecto en el rango de los GHz. Finalmente, en el trabajo se presentan las diferentes verificaciones y simulaciones para el trazado físico del mezclador con lo que se logró definir el ancho de banda para el mismo (1-10 GHz), la tensión de modo común a la salida (600 mV), el área total abarcada por el diseño (980 μm2), la ganancia de conversión, la máxima diferencia entre las frecuencias de entrada para garantizar la amplificación de la señal de salida con respecto a la teórica (0.1 a 1 GHz), y el establecimiento final de los tamaños y tensiones de polarización para los transistores.