Low power CMOS receiver for medical implant communication services
Tıbbi implantler için düşük güçlü CMOS alıcı devresi
- Tez No: 737228
- Danışmanlar: PROF. DR. NUMAN SADİ DOĞAN, PROF. DR. ERCÜMEND ARVAS
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Syracuse University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 226
Özet
Gelişen kablosuz algılayıcı ağ teknolojisi farklı radyo link uygulamaları için birçok fırsatı ve bu fırsatları gerçeklemek için farklı zorlukları beraberinde getirdi. Son yıllarda, tıbbi sistemlerden ve ev elektroniğinden uzay uygulamalarına ve tabiat gözleme ve koruma sistemlerine kadar çok sayıda uygulamada kullanıl üzere CMOS teknolojisine sahip düşük maliyetli ultra düşük güçlü kablosuz alıcı-vericilere olan talep önemli ölçüde arttı. Bu uygulamalar arasında özellikle tıbbi implant cihazları ultra düşük güç sarfiyatı gereksinimi ve insan vücuduna yerleştirilen pillerin boyutu ve sınırlı kapasitesi nedeniyle devre ön plana çıkmaktadır. Bu tezde 0.18 μm RF CMOS teknolojisinde bir ultra düşük güçlü tam entegre UHF MICS (Tıbbi İmplant İletişim Hizmeti) alıcı sistemin tasarımı ve uygulamasının yanı sıra düşük besleme gerilimi altında mW altı UHF alıcı blokları tasarlamanın zorluklarına da yer verilmiştir. Sistem tasarımı yapılırken çeşitli alıcı mimarileri incelenmiştir. Düşük ara frekans (low-IF) mimarilerinde var olan eşlenik frekans problemini azaltmak için gerekli güç sarfiyatı nedeniyle ultra düşük güç uygulamaları için daha elverişli için doğrudan dönüşüm alıcı mimarisi benimsemiştir. Ayrıca, tasarlanan Düşük Gürültülü Yükselteç, Karıştırıcı, Ön Yükseltiç, ayarlanabilir alçak geçiren filtre, Sınırlayıcı Yükselteç gibi devrelerin düşük kaynak gerilimi altında tasarım teknikleri ele alınmıştır.Tasarlanan alıcı, FSK demodülasyon tekniği kullanmaktadır. Ayrıca farklı durumlar için uygun ayarlanabilir bant genişliği ile donatılmıştır. Bu alıcının toplam kazancı 150 dB olup bu değer çıkışındaki sinyalin genliğini sabit bir değerde sınırlamak için yeterince yüksektir. Bu çalışmadaki tüm devreler, 1 V azaltılmış besleme gerilimi ile çalışmak üzere tasarlanmıştır. Tüm alıcı güç sarfiyatı yaklaşık 4 mW'dir. Ölçüm performansuı benzetim sonuçları arasında yakın bir eşleşme gözlemlenmiştir. Bu benzerlik kullanılan düşük beslemele gerilimi tasarım tekniklerinin başarılı sonuç verdiğini ve sistemin hedeflenen uygulama için uygun bir devre olduğu tezimi kanıtlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The emerging technology in the field of wireless sensor networks has brought many opportunities as well as many challenges to the design of radio links. Recently, the demand for low-cost ultra-low-power wireless transceivers with CMOS technology has increased significantly. These circuits are now utilized in numerous applications ranging from medical systems and home electronics to space applications and environmental systems. Among these applications, medical implant devices especially require ultra-low power circuitry due to limited size and capacity of the batteries implanted in the human body. This thesis does not only demonstrate the design and the implementation of an ultra-low-power fully-integrated UHF MICS (Medical Implant Communication Service) receiver in a 0.18 μm RF CMOS technology, but it also identifies the problems and challenges of designing sub-mW UHF receiver blocks under reduced supply voltage. In order to mitigate the image rejection problem in low-IF architectures, the study has adopted a direct-conversion receiver architecture which is suitable for an ultra-low power implementation. Furthermore, the design issues associated with low-voltage receiver blocks such as single-ended LNA, differential LNA, active mixer, pre-amplifier, tunable continuous-time low-pass filter and limiting amplifier are also discussed in details. In this thesis, the receiver designed for medical implant communication service is equipped with an FSK demodulation scheme and tunable bandwidth suitable for different types of implant applications. The overall gain of this receiver is close to 150 dB which is high enough to clip the signal at the output. All of the circuits in this study have been designed to operate with 1 V reduced supply voltage. The power dissipation of the entire receiver is around 4 mW. After proper de-embedding of the parasitic effects introduced by the measurement instruments and the testboard, a good match between the simulated and the measured responses is observed. This successful match proves the robustness of the design and the viability of fully-integrated ultra-low-power medical implant receivers operating under the reduced supply voltage.
Benzer Tezler
- A design of sub-mW-power 2.4 GHz CMOS cascode low noise amplifier with high linearity
Yüksek doğrusallığa sahip mW altı güç ile çalışan 2.4 GHz CMOS kaskod düşük gürültülü kuvvetlendirici
DİDEM EROL AS
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA BERKE YELTEN
- The design aspects of an optically powered CMOS receiver front-end for electrically isolated applications
Elektriksel yalıtılmış uygulamalar için optik olarak güçlendirilen bir CMOS alıcı ön-ucunun tasarım yönleri
OZAN AKTAN
Doktora
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNHAN DÜNDAR
- Ultra low power, low noise, and fully integrated receiver for short range wireless communications
Kısa menzilli kablosuz ıletisim için ultra düsük güç, düsük gürültü ve tam entegre alıcı
HASAN EL GIBALY
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Şehir ÜniversitesiElektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAKAN DOĞAN
- CMOS based optoelectronic catheter localization system for magnetic resonance imaging environment
Manyetik rezonans görüntüleme ortamında katater pozisyon tespiti için CMOS tabanlı sistem
BAYKAL SARIOĞLU
Doktora
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ARDA YALÇINKAYA
- Design and Implementation of a Low-power SOI CMOS Receiver
Düşük Güç Tüketen Bir SOI CMOS Alıcının Tasarımı ve Gerçeklenmesi
ERTAN ZENCİR
Doktora
İngilizce
2003
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSyracuse UniversityElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCÜMEND ARVAS