Integrated circuit design for annular capacitive micromachined ultrasonic transducer
Disk şekilli kapasitif mikroüretilmiş ultrasonik çevirgeçler için entegre devre tasarımı
- Tez No: 416644
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BARIŞ BAYRAM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: CMOS, CMUT, Ultrason, ASIC, terapatik, VLSI, yüksek voltaj, CMOS, CMUT, Ultrasound, ASIC, therapeutic, VLSI, high voltage
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 171
Özet
Konvansiyonel ultrason sistemleri yarık parçalardan ve bir soruna dönüşen hantal kablolardan oluşmakradır. Entegre arayüz elektroniği olan sistemler hantal kabloların kaldırılması ile sinyal bozulmasını çözdüğü için tercih edilir sistemlerdir. Bu tezde, esnek ve yüksek sürme kabiliyetli sayısal kontrol edilebilen hüzmeleyici entegre devre tasarlanmıştır. Hüzmeleyici dairesel kapasitif mikroüretilmiş ultrasonic çevirgeçler (CMUT) ile entegre edilmek üzere tasarlanmıştır. Bu tezde tasarlanan hüzmeleyici terapatik sistemler için tasarlanmış olsada, ultrasonik görüntüleme sistemlerinin göndermeç ksımı olarak da kullanılabilir. Bu hüzmeleyicinin amacı belirli bir odak noktasındaki hacmin enerjisini artırmak için CMUT elemanları tarafından üretilen akustik dalgaları bu odak noktasına odaklamaktır. Belirli bir noktanın akustik dalgaları o noktaya odaklayarak enerjisinin artırılması uygulaması yüksek yoğunlukta odaklanmış ultrason (HIFU) olarak adlandırılır. Hüzmeleyici çıkışta 45 volt sunan yüksek voltaj 0.18 mikron CMOS işleminde tasarlanmıştır. Bu devre güç tasarrufu sağlayan ters çoklayıcılar (8.8 μW), ayarlanabilir darbe genişliği ile darbe üreten tek darbe devreleri (30 μW), değişken frekanslarda darbe katarı üretebilen ve sayısal kontrol edilen osilatörler (246.3 μW), frekans aşağı çeviricileri (203.5 μW), 8x1 ve 4x1 çoklayıcılar (5.64 μW and 94 nW), orta gerilim (313 μW) ve yüksek gerilim (148.5 mW) darbe üreteçlerinden oluşmaktadır. Tek darbe devresi 2.5 ns çözünürlükte sinyal üretebilir. Darbelerin uzunluğu 2.5 ns katı olan herhangi bir değer olabilir. Darbe katarı üreten devre 20 ila 312 MHz frekans aralığında katarlar üretebilir. Yüksek gerilim darbe üreteci 10 pF seviyesinde yükleri sürebilmektedir. Darbe yükselteçlerinin verim karakterini ortaya koyan ve (gecikme/(düğüm uzunluğu x gerilim)) olarak tanımlanan liyakat figürü bu devre için 0.49 olarak hesaplanmıştır. Bu çalışmada, ekonomik test amaçlı ve bütün blokları içeren bir test hücresi ve 1x4, 4x1 ve 4x4 dairesel CMUT dizileri için olmak üzere 4 adet hücre tasarlanmıştır. Test hücresi, 1x4, 4x1 ve 4x4 CMUT için tasarlanan hücreler sırasıyla 6.68 mm2, 1.94 mm2, 4.07 mm2 ve 30.73 mm2 alana oturtulmuşlardır.
Özet (Çeviri)
The conventional ultrasound systems consist of many separated parts, and the bulky cables for connections result in a problem to be resolved. The systems with integrated interface electronics preferable since the removal of bulky cables resolves the signal degradation problems. In this thesis, a flexible and high drive capability digitally controlled beamformer is designed. The beamformer is designed to be integrated with annular capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) arrays. Although the beamformer designed in this thesis is intended to be used with therapeutic ultrasound systems, it may be used as transmitter block of an ultrasound imaging system. The aim of the beamformer is to focus the acoustic waves generated by the CMUT elements into a focal point to increase the energy at that point. The application of increasing this energy by focusing the acoustic waves is called high intensity focused ultrasound (HIFU). The system is designed in high voltage 0.18 μm CMOS process which offers 45 V at the output. The system consists of power conservative 2x1 demultiplexers (8.8 μW), oneshot circuits that generate single pulses with adjustable pulse widths (30 μW), digitally controlled oscillators that generates pulse trains at variable frequencies (246.3 μW), frequency down converters (203.5 μW), 8x1 and 4x1 multiplexers (5.64 μW and 94 nW), medium voltage pulsers (313 μW), and high voltage pulsers (148.5 mW). The oneshot circuit generates output pulses with 2.5 ns resolution. The duration of the output pulses can be any value that is multiple of 2.5 ns. The digitally controlled oscillator generates pulse trains with frequencies in the range of 20 to 312 MHz. The high voltage pulser circuit can drive loads up to 10 pF. The figure of merit which is defined as (delay/(node length x voltage)) characterizes the performance of pulsers and it is 0.49 for the high voltage pulser. In this work, 4 different beamformers are designed for 1x4, 4x1 and 4x4 annular CMUT arrays, and a test cell composed of all designed blocks is also laid out for economical testing purpose. The total chip area required for the test cell, 1x4, 4x1 and 4x4 cells are 6.68 mm2, 1.94 mm2, 4.07 mm2 and 30.73 mm2 respectively.
Benzer Tezler
- Kapasitif rotary enkoderler için analog anahtarlama tabanlı okuma devresi
Analog switch based readout circuit for capacitive rotary encoders
MUHAMMET ROJHAT KARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET AKİF ERİŞMİŞ
- Study and design of circularly polarized antennas for wireless applications
Kablosuz uygulamalar için dairesel polarize antenlerin tasarım ve araştırması
SASAN AHDİ REZAEİEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM AKDUMAN
- Photonic crystal engineering for light manipulation: Low symmetry, index gradient and parity-time symmetry
Fotonik kristal mühendisliği ile ışığın kontrolü: Düşük simetri, derecelendirilmiş kırılma indisi ve parite zaman simetrisi
MİRBEKK TURDUEV
Doktora
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAMZA KURT
- Çok amaçlı açıklığı daralan yarık anten tasarımı ve performans artırımına yönelik anten parametrelerinin optimizasyonu
Multi-objective tapered slot antenna design and optimization of antenna parameters for performance improvement
EMRAH UĞURLU
Doktora
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SEYFETTİN SİNAN GÜLTEKİN
- Design and integrated circuit implementation of active-only filters
Sadece aktif elemanlardan oluşmuş süzgeç devrelerinin tasarımı ve tümleştirilmiş devre olarak gerçekleştirilmesi
GÜVEN TOPCU
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZHAN ÇİÇEKOĞLU