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Marcapasso Érika Cota Luigi CarroFlávio Wagner CMP502 - Sistemas Embarcados Porto Alegre, março 2003.

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1 Marcapasso Érika Cota Luigi CarroFlávio Wagner CMP502 - Sistemas Embarcados Porto Alegre, março 2003.

2 Sumário Aplicação Breve histórico Requisitos de projeto Requisitos de Confiabilidade Questões Atuais

3 Sistema Elétrico do Coração

4 Operação e Arritmias Animação Bombeia 4.7 L de sangue por minuto saudável: batimentos compassados por minuto BradicardiaMarcapasso

5 Breve Histórico 1950s –dispositivo externo, alimentação AC –1957: baseado em transistores, bateria

6 Breve Histórico Fonte Oscilador Gerador de Pulso Ponteiras Eletrodos Taxa fixa

7 Breve Histórico 1960s –primeiro implante –bateria de meses –cirurgia menos invasiva –intervenção sob demanda

8 Esquemático Eletrodo atrial Atraso 500ms Gate Atraso 120ms Multi-vibrador 2 ms amplificador Circuito saída Eletrodo ventricular Sob demanda

9 Breve Histórico 1970s –bateria de lítio-iodo substitui mercúrio-zinco –duração: +10 anos –encapsulamento de titânio reduz interferências eletromagnéticas externas –dispositivos programáveis por RF –sensor e atuador programável para átrio e ventrículo

10 Marcapasso Programável

11 Marcapasso ASIC

12 Breve Histórico 1980s –ponteiras com emissão de esteróides –dispositivo com sensor de movimento para ajuste automático 1990s –metade do tamanho original –mode-switching = micro-processador –detecta taquicardias e bradicardias –armazenamento de informações extras

13 Esquemático (1996)

14 Marcapasso CI

15 Implementações 3 CIs Processadores de 8 bits (ARM, ASIPs) Algoritmos de controle –fuzzy logic para baixa potência –ASIC filtros a capacitores chaveados gerador de pulso low-power ROM de 4 kbytes RAM de 2 kbytes

16 Chip com 3 CIs

17 Dimensões 500 mil dispositivos/ano

18 Exemplo Medtronic Kappa® 900 and 700 Series Dual-Chamber, Rate-Responsive Models Approximate Dimensions: - Height: 1 3/4 to 2 inches (45-50 mm) - Length: 1 3/4 to 2 inches (43-52 mm) - Width: 1/3 inch (8 mm) Battery: - 6 to 9 years for most of these models. - 5 to 6 years for the KDR 921.

19 Requisitos de Projeto Físico Corrente de Dreno –20 A Voltagem –2.8V (BOL) - 1.8V (EOL) Temperatura –37 o C +/- 2 (full specs), o C Impacto –~ queda de 1,5 metros

20 Único Chip Aquisição dados Interface sensor PLA datapath processador telemetria Logica de controle SRAM Memoria de programa

21 Único Chip CMOS 0.35 clock frequency: 32 kHz supply voltage : 2.5 V power consumption : 30 µW (7 anos de bateria) Sensor : –accelerometer (from 10 milli-g to 2 g ) –switched-capacitor low-pass filter (0.7 Hz cutoff) –power 500 Nw Micro-processador –8 bits Aquisição: A/D algoritmico, 8 bits

22 Requisitos de Projeto Circuito misto –micro-mecânico: sensores –analógico: gerador de pulso, capacitores... –Digital: micro-processador programável, memórias –RF: antena para programação –software Baixa Potência Alta confiabilidade tempo real

23 Requisitos Confiabilidade <10 FIT em 10 anos de vida útil efeitos eletromagnéticos efeitos de radiação power failure temporização falhas CMOS erro de programação algoritmos de controle

24 Questões Atuais Mais processamento X menos potência memórias transmissão em tempo real


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