Estudi comparatiu de diversos system-on-chip per a la mesura d'impedància elèctrica

Abstract

In this document, a description of the foundations of bioimpedance and its applications is given. A study of several bioimpedance measurement systems-on-chip is carried out to contrast their properties and characteristics and the results they offer. In the process, the AFE4300 device from Texas Instruments, AD5933 from Analog Devices, MAX30002 from Maxim Integrated and AD5940 also from Analog Devices have been analyzed. Subsequently, a system is designed to make low-cost impedance measurements based on the AD5940 chip from Analog Devices. This element injects a current at a certain frequency over an unknown impedance and measures the voltage generated at the output through demodulation techniques. The chip is part of an evaluation board that contains the peripherals to make the connections and measurements easily, the board is called EVAL-AD5940BIOZ. The program code for the measurements was developed using MathWorks software, MATLAB, and is connected via the SPI bus to an Arduino UNO board, which is connected to the EVAL-AD5940BIOZ board, which is designed to work together. Finally, the results obtained by the final system and its performance when making impedance measurements are shown. These results show a great linearity and precision taking into account the results obtained in comparison with the real measured values. As a next step, the design of an alternative board to the EVAL-AD5940BIOZ using a PCB is proposed and the scheme designed to implement it is shown.

En este documento se muestra una descripción de los cimientos de la bioimpedància y sus aplicaciones. Se realiza un estudio de varios dispositivos de medida de bioimpedancia para contrastar sus propiedades y características y los resultados que ofrecen. En el proceso se han analizado los dispositivos AFE4300 de Texas Instruments, AD5933 de Analog Devices, MAX30002 de Maxim Integrated y AD5940 también de Analog Devices. Posteriormente, se diseña un sistema para realizar medidas de impedancia de bajo coste que se basa en el chip AD5940 de Analog Devices. Este elemento inyecta una corriente a una frecuencia determinada sobre una impedancia desconocida y mide la tensión generada en la salida a través de técnicas de desmodulación. El chip forma parte de una placa de evaluación que contiene los periféricos para realizar las conexiones y las medidas de forma sencilla, la placa se denomina EVAL-AD5940BIOZ. El código del programa para realizar las medidas se ha desarrollado utilizando el software de MathWorks, MATLAB, y se conecta a través del bus SPI a una placa Arduino UNO que, por su parte, está conectada a la placa EVAL-AD5940BIOZ que ya está pensada para que trabajen conjuntamente. Finalmente, se demuestran los resultados obtenidos por el sistema final y sus prestaciones a la hora de realizar medidas de impedancia. Estos resultados muestran una gran linealidad y precisión teniendo en cuenta los resultados obtenidos en comparación con los valores reales mesurados. Como next step se propone el diseño de una placa alternativa a la EVAL-AD5940BIOZ utilizando una PCB y se muestra el esquema diseñado para implementarla.

En aquest document es mostra una descripció dels els fonaments de la bioimpedància i les seves aplicacions. Es realitza un estudi de diversos dispositius de mesura de bioimpedància per a contrastar les seves propietats i característiques i els resultats que ofereixen. En el procés s'han analitzat els dispositius AFE4300 de Texas Instruments, AD5933 d'Analog Devices, MAX30002 de Maxim Integrated i AD5940 també d'Analog Devices. Posteriorment, es dissenya un sistema per a realitzar mesures d'impedància de baix cost que es basa en el xip AD5940 d'Analog Devices. Aquest element injecta un corrent a una freqüència determinada sobre una impedància desconeguda i mesura la tensió generada a la sortida a través de tècniques de desmodulació. El xip forma part d'una placa d'avaluació que conté els perifèrics per a realitzar les connexions i les mesures de forma senzilla, la placa s'anomena EVAL-AD5940BIOZ. El codi del programa per a realitzar les mesures s'ha desenvolupat utilitzant el software de MathWorks, MATLAB, i es connecta a través del bus SPI a una placa Arduino UNO que, per la seva banda, està connectada a la placa EVAL-AD5940BIOZ que ja està pensada perquè treballin conjuntament. Finalment, es demostren els resultats obtinguts pel sistema final i les seves prestacions a l'hora de realitzar mesures d'impedància. Aquests resultats mostren una gran linealitat i precisió tenint en compte els resultats obtinguts en comparació amb els valors reals mesurats. Com a next step es proposa el disseny d'una placa alternativa a l'EVAL-AD5940BIOZ utilitzant una PCB i es mostra l'esquema dissenyat per a implementar-la.