Memristor Based Filter Design and Implementation for ECG Signal

Serdar Ethem HAMAMCI, Muhammet Emin ŞAHİN, Barış KARAKAYA, Hasan GÜLER, Arif GÜLTEN

Abstract

This paper presents memristor based filter implementation for a real time biomedical signal. The significance ofthis study is that the passive circuit element called memristor is completely linear in both experimental andsimulation studies at high frequencies and becomes indistinguishable from normal resistance. The variation of thememristance value gives possibility to tune the cut-off frequency of the filter circuit. For this purpose, memristorbased high-pass and low-pass filter circuits are constructed by simply replacing resistor with memristor emulatorcircuit in well-known R-C filter structures. The filter circuits are constituted on board and firstly sine wave isapplied as input signal. Then, Electrocardiographic (ECG) signal is applied as input for M-C filter circuits. Theresults are obtained and analyzed in real-time. In the implementation stage of study, LabVIEW platform and DAQcard are used to obtain real-time data. The results show that memristor can be used quite easily to sort outbiomedical signal processing applications and shows better performance.

Özet

Bu çalışma memristör tabanlı filtrenin gerçek zamanlı bir biyomedikal sinyal için uygulanmasını göstermektedir. Bu çalışmanın önemi, pasif bir devre elemanı olan memristörün yüksek frekanslarda hem deneysel hem de benzetim çalışmalarında tamamen doğrusal ve normal dirençten farksız olmasıdır. Memristans değerindeki değişim, filtre devresinin kesim frekansının ayarlanabilmesine olanak sağlamaktadır. Bu amaçla, sık kullanılan RC filtre yapıları ile memristör tabanlı yüksek-geçiren ve alçak-geçiren filtre devreleri basitçe rezistör elemanı yerine memristör taklitçi devresinin yerleştirilmesiyle oluşturulmaktadır. Filtre devreleri board üzerinde kurularak ilk önce girişine sinüs işareti uygulanmaktadır. Ardından, Elektrokardiyogram (EKG) sinyali M-C filtrenin girişine uygulanmaktadır. Sonuçlar gerçek zamanlı elde edilip analiz edilmektedir. Çalışmanın uygulama aşamasında LabVIEW ara yüzü ve DAQ kartı kullanılmaktadır. Filtreleme işlemi sonucunda memristörün biyomedikal sinyal işleme uygulamalarında kolaylıkla kullanılabileceği görülmektedir.