23 Octobre – Soutenance de thèse - Mariam Tlili

10 h30 Amphi Ibn Khaldoun de SUP'COM - Cité Technologique des Communications à Ariana (Tunisie)

Contribution à la conception d'un système d'acquisition de signaux biomédicaux pour la télésurveillance
médicale.

Cette thèse de Doctorat s'inscrit dans le cadre des travaux de recherches qui visent la réduction de la consommation de puissance des dispositifs portables dédiés à l'acquisition et la transmission des signaux biomédicaux. Les contributions de ce travail sont la modélisation, le dimensionnement et la conception d’un convertisseur analogique-numérique à traversée de niveaux (LC-ADC, Level-Crossing Analog-to-Digital Converter) pour la numérisation des signaux électrocardiogramme (ECG). L'apport de ce travail de thèse est la réduction de la fréquence d'échantillonnage moyenne et donc la diminution de la quantité des données à transmettre en origine de la consommation excessive de puissance dans ces dispositifs.
Les travaux de modélisation ont permis de proposer un modèle détaillé de l'architecture LC-ADC dans MATLAB/SIMULINK pour la validation fonctionnelle du convertisseur, la vérification de la robustesse du dimensionnement au niveau système et l'anticipation des distorsions introduites par les erreurs du circuit ou par les variations des paramètres intrinsèques du signal ECG. Les résultats du dimensionnement ont permis de choisir une résolution de 8 bits pour le LC-ADC, une fréquence de 10 kHz pour l'horloge de
quantification du temps, 12 bits pour la résolution des intervalles de temps quantifiés. Un dimensionnement supplémentaire, adapté au signal sinusoïdal de fréquence 220 Hz est également effectué aboutissant aux mêmes paramètres de dimensionnement avec une fréquence d’horloge égale à 500 kHz. Les résultats de validation du LC-ADC dimensionné, en utilisant des signaux ECG réels normaux et pathologiques, en présence de l'erreur de quantification du temps uniquement puis après ajout des erreurs des composants analogiques du LC-ADC, ont montré une bonne qualité des signaux ECG pour une lecture par le médecin. En termes de réduction des volumes de données numérisées, le LC-ADC a atténué la fréquence d'échantillonnage moyenne allant jusqu'à 25 % de la fréquence d’un ADC uniforme avec un taux de compression allant jusqu'à 80 % des données générées par un ADC uniforme. L'ajout d'un étage de compression numérique par interpolation polynomiale d’Hermite cubique a augmenté le taux de compression à 95 %. Le modèle ainsi dimensionné du LC-ADC a fait l'objet d’une conception en technologie CMOS 180 nm UMC en suivant une approche ascendante (bottom-up). Un circuit incluant un préamplificateur de tension de gain 40 dB, le LC-ADC à 8 bits et un générateur de signaux d’horloge de fréquences 10 et 500 kHz a été conçu avec une tension d'alimentation de 1.8 V et une plage du signal d'entrée de 1 V. La simulation du circuit électrique incluant le LC-ADC et le préamplificateur a montré une consommation de puissance de 3.07 μW. Un rapport signal-sur-distorsion égal à 25.5 dB est mesuré. Avec un écart de 4.2 dB par rapport à la valeur limite de 21 dB, une bonne qualité du signal ECG est obtenue. Finalement, la réalisation du dessin des masques du circuit global a permis d'estimer une surface de 0.2 mm2. Les valeurs ainsi mesurées en termes de consommation de puissance et de surface sont parmi les plus faibles reportées dans la littératures par rapport aux circuits LC-ADC conçus pour la numérisation des signaux ECG.

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