A bioimpedância é uma técnica que mapeia a distribuição da impedância elétrica no interior do corpo humano através de eletrodos em contato com a pele. Estas informações demonstram o quão bem o corpo impede o fluxo de corrente. Um sistema genérico de espectroscopia por impedância elétrica (EIE) é composto por quatro partes principais: um controlador digital, um estimulador de corrente, um circuito de chaveamento e um CI (circuito integrado) de instrumentação. Para fazer o processamento do sinal entre o domínio analógico e digital é necessário um controlador digital de sinais, o qual realiza a interface entre o circuito integrado e o algoritmo de reconstrução. Um sinal senoidal com uma determinada frequência é gerado digitalmente pelo controlador digital e convertido para domínio analógico por meio de um conversor digital-analógico (do inglês, DAC). O sinal gerado é diferencialmente injetado na pele através de um circuito estimulador de corrente. Os sinais de tensão induzidos nos eletrodos de leitura são adquiridos por um amplificador de instrumentação (do inglês, INA), filtrado por um filtro passa-baixa (do inglês, LPF) e amplificado por um amplificador de ganho programável (do inglês, PGA). O sinal de saída do PGA é digitalizado por um ADC para ser processado posteriormente pelo controlador digital. A espectroscopia por impedância elétrica (EIE) é uma técnica de análise de bioimpedância que tem demonstrado eficiência na detecção de várias néoplatias, tais como: o câncer de mama, de útero, cervical e de pulmão. A técnica EIE é de baixo custo, portátil, rápida, não invasiva, não ionizante e livre de irradiações. O principal objetivo deste trabalho foi desenvolver um conversor analógico-digital por aproximações sucessivas (SAR) de modo assíncrono e diferencial. Os ADCs do tipo SAR têm sido amplamente utilizados em aplicações de baixo consumo de potência com precisão e velocidade relativamente altos. Apesar da arquitetura de conversores sigma-delta apresentar altas resoluções para aplicações biomédicas, o domínio das técnicas SAR para definir novas métricas de resolução prevalecem. Além disso, o consumo de potência da arquitetura SAR pode ser reduzida por meio do uso de métodos eficientes em termos de consumo do chaveamento capacitivo e de comparadores dinâmicos de baixo consumo. Este trabalho propõe o desenvolvimento de um SAR ADC assíncrono de baixa potência de 9bits e 10MS/s. As simulações pós-leiaute, implementadas de acordo com as regras de customização da tecnologia CMOS de 180nm, resultaram em um SFDR de 63,37dB e um ENOB de 8,59bits, consumindo 0,979mW com uma fonte de alimentação de 1,8V. O projeto do SAR ADC resultou em uma figura de mérito FOMW de 239,22 fJ/conv-step a 1MHz. Os resultados experimentais demonstraram um tempo de conversão igual a 73,40ns e um período do sinal de clock do comparador igual a 8,40ns.

Bioimpedance is a technique which maps the bodys interior impedance distribution via electrode measurements on the skin. This information is a measure of how well the body impedes electric current flow. A typical system for electrical impedance measurement based is composed by four building parts: DSP, Current Stimulator, Electrode Switching circuit and Analog Front-end. To bridge the transition from analog to digital signal processing, a digital controller is needed to interface the system-on-chip (SoC) to a computer. The sinusoidal signal with a specific frequency is digitally generated by the DSP and converted to analog through a digital-to-analog converter (DAC). The generated signal is differentially injected to the skin by a current driver. The voltage signal induced on the subsequent electrodes is acquired and amplified by an instrumentation amplifier (INA), filtered by a low pass filter (LPF) and amplified by a programmable gain amplifier (PGA). The PGA output signal is digitalized by an analog-to-digital converter (ADC) to be further processed by the DSP. Electrical impedance spectroscopy (EIS) and Electrical impedance tomography (EIT) are techniques of impedance analysis that have been shown to be effective in the detection of cancers such as breast, uterine cervix and lung cancer. These are low cost, portable, fast, noninvasive, nonionizing, and radiation free techniques. The main objective of this work was to develop a con- ventional successive approximation register (SAR) analog-to- digital converter (ADC) in asynchronous mode, using a fully differential SAR ADC architecture. The SAR ADC are extensively used in low-power applications with high enough precision and relatively medium speed. Although the sigma delta architecture presents high resolutions for biomedical applications, the domain of SAR techniques to define new resolution metrics and conversion speed is predominant. Furthermore, the power consumption of SAR architecture can be reduced by using an energy efficient capacitive DAC switching method and a low power comparator. This work proposes the design of a 9-bits low power 10MS/s asynchronous SAR ADC in 180nm CMOS technology. The ADC main parameters were extracted from post-layout simulations, which resulted in SFDR of 63.37dB and ENOB of 8.59 bits at 1.8V supply and a sampling frequency of 10MS/s while consuming 0.979mW. The Figure of Merit (FoM) obtained was 239.22fJ/conversion- step to 1MHz. Based on the experimental results the time conversion is 73.40ns and period of the clock signal is 8.40ns.