Projekt BIOSIP

Projekt BIOSIP pt. „Mikroukładowa technologia pomiaru parametrów psychofizjologicznych w warunkach dynamicznych”
Umowa z NCBR Nr PBS1/B3/13/2012 z dnia 30.11.2012 o wykonanie i finansowanie Projektu realizowanego w ramach Programu Badań Stosowanych w ścieżce B

Okres realizacji: 01.10.2012 – 30.04.2016

Konsorcjum projektu: Instytut Techniki i Aparatury Medycznej – ITAM (Lider), Wojskowy Instytut Medycyny Lotniczej – WIML, Politechnika Warszawska – PW, Instytut Technologii Elektronowej – ITE, FONON Sp. z o. o. (Partner przemysłowy)

Kierownik Projektu po stronie Instytutu Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszawskiej:  prof. nzw. dr hab. inż. Witold Pleskacz

Wykonawcy Projektu z Instytutu Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszawskiej:

-        układy analogowe i analogowo-cyfrowe:  Krzysztof Siwiec, Paweł Narczyk, Tomasz Borejko, Jakub Kopański, Piotr Boguszewicz, Aleh Halauko

-        mikrokontroler ADELIT i układy peryferyjne: Krzysztof Marcinek, Andrzej Wielgus, Maciej Plasota

Celem projektu jest opracowanie nowej mikroukładowej technologii umożliwiającej pomiar parametrów psychofizjologicznych w warunkach dynamicznych. Pozwoli ona na zintegrowanie wielu systemów i torów pomiarowych wewnątrz mikroukładu scalonego. Opracowane w projekcie rozwiązanie pozwoli na zredukowanie wymiarów obecnie stosowanych rozwiązań, podniesie ich niezawodność, obniży pobór prądu oraz zwiększy możliwości aplikacyjne.

Mikroukładowa technologia pomiaru parametrów psychofizjologicznych zostanie zrealizowana poprzez dwa równolegle opracowywane autorskie rozwiązania: BioSoC (SoC, ang. System on Chip) i BioSiP (SiP ang. System in Package).

BioSoC będzie specjalizowanym układem scalonym z analogowo-cyfrowymi torami przetwarzania sygnałów oraz mikrokontrolerem przetwarzającym i analizującym sygnały.

BioSiP będzie minimodułem integrującym funkcje i możliwości pomiarowe współczesnych urządzeń diagnostycznych. Opracowany system pomiarowy stanie się atrakcyjny jako element urządzeń mobilnych nowej generacji, składnik systemów monitorowania i ochrony zdrowia.

Rezultatem projektu będą moduły pomiarowe wykonane z zastosowaniem technologii BioSiP i BioSoC, które wejdą w skład stanowiska monitorowania kierowców.

W ramach realizacji modułu BioSoC opracowane zostaną projekty następujących bloków: toru pomiaru EKG, toru pomiaru EMG, toru pomiaru częstotliwości oddechu RR, przetwornika A/C sigma-delta, bloku zarządzania zasilaniem, interfejsów I/O, bloku mikrokontrolera i zegara RTC. Bloki zostaną zintegrowane w ramach jednej struktury krzemowej, która zostanie wyprodukowana i zamontowana w obudowie. Czujniki zbierające sygnały biomedyczne człowieka będą zintegrowane z dedykowaną koszulką tekstroniczną.

W ramach prac nad modułem BioSiP powstaną projekty wybranych do realizacji zestawów modułów BioSiP i projekt kompletnego stanowiska badawczego, które posłuży do wykonania koniecznych badań opracowanych modułów, w tym badań eksperymentalnych kierowców. Powstanie również oprogramowanie sterujące pracą modułów BioSiP i system sterowania stanowiskiem badawczym.

Projekt rozpoczął się 01.10.2012 r., a planowana data jego zakończenia to 30.04.2016 r. Prace wykonywane w Instytucie Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszawskiej skupiają się wokół opracowania zintegrowanego systemu elektronicznego BioSoC (SoC, ang. System on Chip). Zadanie to realizowane jest we współpracy z Instytutem Technologii Elektronowej, w którym, na podstawie opracowanych w Politechnice Warszawskiej schematów elektrycznych, projektowane są topografie masek produkcyjnych bloków składowych układu BioSoC.

Efektem dotychczasowych prac jest zaprojektowana i wyprodukowana w krótkiej serii prototypowej pierwsza wersja układu BioSoC – BS1. Topografia masek produkcyjnych układu BS1 została przedstawiona na rysunku 1. Układ scalony składa się z 4,6 milionów tranzystorów, wymiary struktury krzemowej to 5 mm x 5 mm (25 mm²), a liczba wyprowadzeń wynosi 84.

Układ BS1 zawiera:

-        cztery analogowe tory pomiaru sygnałów EKG/EMG wraz z 16-bitowym przetwornikiem analogowo-cyfrowym,

-        wzmacniacz RLD (ang. Right Leg Drive),

-        tor pomiary częstości oddechu, tor pomiaru rezystancji i dwa tory pomiaru temperatury skóry wraz z 12-bitowym przetwornikiem analogowo-cyfrowym,

-        układ generacji sygnału zegarowego: generator kwarcowy 32,768 kHz, generator kwarcowy 8 MHz, generator pierścieniowy 8 MHz,

-        układ generacji prądów i napięć referencyjnych,

-        mikrokontroler ADELIT:

• jeden rdzeń 32-bitowy,
• 32 KB pamięci programu,
• 32 KB pamięci danych,
• kontroler przerwań,
• jednostka „debugera”,
• liczniki,
• 16 portów we/wy ogólnego przeznaczenia,
• 2 interfejsy UART,
• 2 interfejsy SPI.

Topografia masek produkcyjnych układu scalonego BS1

Układ scalony BS1

Schemat blokowy układu scalonego BS1 z procesorem ADELIT.