Pengumpulan signal EKG merupakan salah satu cara yang paling efektif untuk diagnosis kelainan jantung. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi pengumpulan signal EKG telah berkembang pesat, dengan meningkatnya kecepatan dan kinerja sistem pengumpulan signal. Salah satu contoh teknologi pengumpulan signal EKG yang canggih adalah orthonormal HPΣΔ ADC.
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa orthonormal HPΣΔ ADC mencapai nilai figure of merit (FoM) sebesar 5,35 pJ/conv dengan luas area 0,126 mm2. Orthonormal HPΣΔ ADC juga mencapai peak SNDR sebesar 69,8 dB, yang setara dengan 11,3 bit ENOB untuk bandwidth signal sebesar 3 kHz.
Selain itu, dalam diagnosis kelainan jantung, teknik lainnya adalah merekam signal EKG menggunakan multi-channel analog frontend. Salah satu tantangan utama dalam pengumpulan multiple input adalah meningkatnya biaya area, konsumsi daya, dan jumlah kabel output. Untuk mengatasi tantangan ini, teknik channel-sharing seperti time-division multiplexing, frequency-division multiplexing, dan code-division multiplexing (CDM) dapat digunakan.
CDM memungkinkan penggunaan efektif sumber daya yang sama, sehingga optimalisasi kinerja sistem dan penurunan kompleksitas sistem. CDM juga meningkatkan kemampuan signal dengan mengurangi gangguan dan noise, sehingga menghasilkan transmisi signal yang lebih akurat dan reliabel.
Bagian kedua dari tesis ini (Bab 4) fokus pada pengumpulan signal EKG multi-input menggunakan CDM. Buku ini juga mempresentasikan kelasifikasi sistematis strategi modulasi berdasarkan derajat kebebasanannya untuk menentukan teknik yang sesuai untuk pengumpulan signal analog.
Dalam tesis ini, kami juga mengembangkan metode desain untuk menciptakan spread-spectrum analog frontend yang efisien. Berdasarkan strategi desain tersebut, kode spread-spectrum dapat dipilih untuk aplikasi yang spesifik (pengumpulan high-resolution atau low-resolution). Frekuensi modulasi dan panjang kode dapat ditentukan untuk kinerja optimal untuk jumlah input yang maksimum.
Sistem 4-input spread-spectrum recording system yang diterapkan dalam proses CMOS 0,18 𝜇m memvalidasikan metode desain yang diusulkan. Dengan generator Gold code 7-bit (𝐿 = 127), performa crosstalk maksimum adalah -40 dB, dan kepadatan noise thermal sistem adalah 224 nV/ √(Hz).
Sistem ini termasuk komponen-komponen bersama seperti amplifier, konverter digital-analog (ADC), dan generator Gold code on-chip, dengan footprint yang compact dan konsumsi daya per channel input sebesar 0,067 mm2 dan 23 𝜇A, masing-masing.
Pengumpulan signal EKG menggunakan array elektroda fleksibel yang padat menghasilkan jumlah data yang besar. Sejumlah area (untuk penyimpanan) dan daya (untuk transmisi data) dibutuhkan untuk menghandle data. Array multi-elektroda fleksibel yang diterapkan dalam tesis ini mengandung 192 situs elektroda.
Bagian akhir tesis ini fokus pada kompresibilitas signal EKG. Teknik pengkompresi standar biasanya digunakan untuk mengurangi data menggunakan sampling domain sub-Nyquist on-chip dan rekonstruksi menggunakan algoritma optimal off-chip. Statistik signal tidak diambil menjadi konsiderasi dalam CS standar. Dalam tesis ini, kami juga mengusulkan rakeness-based compressed-sensing (CS) yang menggunakan statistik signal sebagai input.
Analisis kesamaan juga dilakukan untuk mengevaluasi kualitas waveforms yang dikembalikan selama sinus rhythm (SR) dan atrial fibrillation (AF). Tim dokter juga melakukan inspeksi visual terhadap waveforms yang dikembalikan untuk memastikan bahwa mereka sesuai untuk menghasilkan peta aktivasi (untuk mewakili sinyal yang mengalir melalui jantung).
Dalam kesimpulan, tesis ini menyelesaikan berbagai tantangan penting, yaitu meningkatkan linearity dan sensitivitas sistem pengumpulan signal EKG, serta mengembangkan teknik kompresi data untuk mengurangi biaya area dan konsumsi daya.