Σχεδίαση Αναλογικών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Χαμηλής Κατανάλωσης για Ταξινομητές Βιοϊατρικών Εφαρμογών

Abstract

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης για ταξινόμηση και κατάταξη σε βιοϊατρικές εφαρμογές. Αρχικά αναλύεται η σχεδίαση των βασικών δομικών κυκλωμάτων, όπως κυκλωμάτων τετραγωνισμού, τετραγωνικής ρίζας και υπολογισμού ευκλείδειας απόστασης, της συνάρτησης ενεργοποίησης Swish, συσχέτισης και λήψης απόφασης. Συνδυάζοντας τα κυκλώματα αυτά, υλοποιούνται ένας ταξινομητής πλησιέστερου κέντρου για την πρόβλεψη καρδιακής νόσου και ένα νευρωνικό δίκτυο για τη διαβάθμιση της σοβαρότητας της άπνοιας ύπνου. Επιπλέον, προτείνεται ένα πλήρως αναλογικό κύκλωμα κατάταξης, το οποίο διατάσσει τις εξόδους του ταξινομητή χωρίς μετατροπή σε ψηφιακή μορφή, και συνδυάζεται με το νευρωνικό δίκτυο σε ενιαίο σύστημα. Xρησιμοποιήθηκαν τεχνικές σχεδίασης στην περιοχή υποκατωφλίου, με διαφορά τάσης τροφοδοσίας 0.6 V και ρεύματα της τάξεως των nA. Η σχεδίαση και προσομοίωση όλων των κυκλωμάτων έγινε στο Cadence IC Suite σε τεχνολογία TSMC 65 nm CMOS, ενώ η αξιολόγησή τους μέσω ανάλυσης Monte Carlo και γωνιών PVT αποδεικνύει ότι οι προτεινόμενες αρχιτεκτονικές επιτυγχάνουν ικανοποιητική ακρίβεια με σημαντικά μειωμένη κατανάλωση ισχύος.