Desain Biquad Low-Pass Filter Daya Rendah Dengan Teknologi CMOS OTA Untuk Reduksi Noise Pada Sinyal Elektrokardiogram

Kurniawan, Faiz Setya (2026) Desain Biquad Low-Pass Filter Daya Rendah Dengan Teknologi CMOS OTA Untuk Reduksi Noise Pada Sinyal Elektrokardiogram. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5022221133-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (6MB) | Request a copy

Abstract

Perkembangan perangkat medis wearable, seperti pemantauan elektrokardiogram (EKG), membawa kemajuan dalam deteksi kondisi jantung secara real-time. Tantangan pada perangkat medis ini adalah bagaimana menghilangkan derau yang disebabkan oleh gerakan tubuh pengguna sehingga tidak mengganggu keakuratan sinyal EKG, sekaligus membuat perangkat berdaya rendah dan dapat terintegrasi dalam sistem System on Chip (SoC). Penelitian ini menjawab tantangan tersebut dengan merancang sebuah blok biquad low-pass filter yang menggunakan topologi bulk-driven OTA pada teknologi CMOS untuk meraih frekuensi cut-off yang rendah. Jenis topologi ini dipilih karena terbukti dapat beroperasi menggunakan tegangan rendah (0,5 V) dan arus bias yang sangat rendah (5 nA) dengan konsumsi daya hingga nW berdasarkan riset sebelumnya. Penelitian ini mencakup perancangan blok biquad low-pass filter dengan topologi bulk-driven OTA, analisis kemampuan rangkaian bulk-driven OTA dalam meraih frekuensi cutoff yang rendah pada simulasi PEX post-layout, serta pengujian fungsionalitas blok filter terhadap sinyal EKG yang memiliki derau frekuensi tinggi. Metode yang digunakan adalah kombinasi metode rekayasa dan perhitungan kuantitatif, yang meliputi proses perancangan dan pengujian kemampuan blok filter dalam menghasilkan frekuensi cut-off yang rendah serta sinyal EKG yang bersih dari derau frekuensi tinggi. Hasil dari penelitian ini adalah sebuah rancangan biquad low-pass filter bertopologi bulk-driven yang telah dibuktikan melalui hasil verifikasi DRC dan LVS yang bersih. Hasil pengujian pada tahap PEX post-layout menunjukkan konsumsi daya sebesar 14,43 nW, serta sebaran capaian frekuensi cut-off dari 35,65 Hz hingga 157,80 Hz. Hasil pengolahan sinyal EKG dalam mereduksi sinyal derau oleh komponen biquad low-pass filter menunjukkan reliabilitas yang tinggi, yang ditunjukkan oleh nilai koefisien korelasi Pearson (r) sebesar 0,9780 dan atenuasi terhadap derau sebesar 13,10 dB.
=======================================================================================================================================
The development of wearable medical devices, such as electrocardiogram (ECG) monitoring, has improved the real-time detection of heart conditions. One of the main challenges in this type of medical device is reducing noise caused by the user’s body movement, which degrades ECG signal accuracy, while also keeping the system low-power and suitable for integration into a System on Chip (SoC). This research addresses that challenge by designing a biquad low-pass filter block using a bulk-driven OTA topology in CMOS technology to achieve a low cut-off frequency. This topology was selected because it has been shown to operate at a low supply voltage (0.5 V) and a very low bias current (5 nA), with power consumption in the nW range based on previous studies. This work includes the design of a biquad low-pass filter block with a bulk-driven OTA topology, the analysis of the bulk-driven OTA circuit capability to achieve a low cut-off frequency in PEX post-layout simulation, and functional testing of the filter block using ECG signals containing high-frequency noise. The method combinen engineering design and quantitative analysis, covering the design process and the evaluation of the filter block capability to produce a low cut-off frequency and a clean ECG signal. The result of this research is a biquad low-pass filter design using a bulk-driven topology, verified by clean DRC and LVS results. Testing at the PEX post-layout stage shows a power consumption of 14.43 nW and an achieved cut-off frequency range of 35.65 Hz - 157.80 Hz. The ECG signal processing results demonstrate high reliability in reducing noise, indicated by a Pearson correlation coefficient (r) of 0.9780 and a noise attenuation of 13.10 dB.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Biquad Low-Pass Filter, Bulk-Driven Operational Transconductance Amplifier, Sinyal Elektrokardiogram, Rendah Daya, Teknologi CMOS Biquad Low-Pass Filter, Bulk-Driven Operational Transconductance Amplifier, Electrocardiogram Signal, Low Power, CMOS Technology.
Subjects:	T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK7872.F5 Filters (Electric)
Divisions:	Faculty of Intelligent Electrical and Informatics Technology (ELECTICS) > Electrical Engineering > 20201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Faiz Setya Kurniawan
Date Deposited:	20 Jul 2026 02:05
Last Modified:	20 Jul 2026 02:05
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/135636

Actions (login required)

View Item