The design of an optically powered low voltage CMOS receiver for magnetic resonance imaging
Manyetik rezonans görüntüleme için optik güçle çalışan düşük voltajlı CMOS alıcı tasarımı
- Tez No: 910197
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜNHAN DÜNDAR, PROF. DR. ARDA DENİZ YALÇINKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 54
Özet
Bu çalışma, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) cihazlarının radyo frekansı (RF) bobinleri için alıcı devresi olarak tamamen diferansiyel, düşük voltajlı CMOS düşük gürültülü yükselteç (LNA) ve mikser tümdevre tasarımlarını ve serimlerini önermektedir. Güç kaynağı olarak en az 0,9V besleme gerilimi üretmesi beklenen yonga içi fotodiyot dizisi kullanımı hedeflendiği için devre düşük voltajlı olarak tasarlanmıştır. Tasarımın ana odak noktası, MRG bobinlerinin geniş dinamik aralığı nedeniyle kritik olan yeterli kazanç ve doğrusallığı korurken 1 dB'nin altında bir gürültü sayısı elde etmektir. Tasarım kısıtlamaları birbiriyle bağımlıdır; kazanç, voltaj salınımı, doğrusallık, gürültü faktörü ve dinamik aralık birbirleriyle ilişkilidir. Dolayısıyla, bu faktörler arasında optimal bir denge sağlamak, sistemin etkinliğini garanti etmek için zorlu ama gerekli bir görevdir. LNA, $50\Omega$ empedansa sahip bir voltaj kaynağı olarak modellenen MRG bobini ile gürültü eşleşmesi yapmaktadır. LNA'nın serim sonrası simülasyonunda, 26 dB voltaj kazancı ve 0,71 dB gürültü sayısı elde edilmiştir. Mikser, besleme gerilimini verimli bir şekilde kullanmak için katlanmış bir yapıda tasarlanmıştır. Serim sonrası simülasyonlardan 10,6 dB dönüşüm kazancı, yaklaşık 1,8 dBm üçüncü dereceden giriş kesişim noktası (IIP3) ve yaklaşık -13,4 dBm'de girişe referanslı 1 dB sıkıştırma noktası sonuçları elde edilmiştir. Tasarım 65nm teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tüm sistem 2,7 mW güç tüketmektedir. Serim sonrası simülasyonlardan 1 dB'nin altında bir gürültü sayısı, 36 dB voltaj kazancı, -45 dBm girişe referanslı 1 dB sıkıştırma noktası ve -30 dBm üçüncü dereceden giriş kesişim noktası sonuçları elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
This study proposes the design and layout of a fully differential, low-voltage CMOS low noise amplifier (LNA) and a mixer as a receiver for the radio frequency (RF) coils of magnetic resonance imaging (MRI) devices. The ultimate goal of the low-voltage design is to use an on-chip photodiode array as the power supply, which is expected to produce at least 0.9V supply voltage. The primary focus of the study is to achieve a sub-1 dB noise figure while maintaining sufficient gain and linearity, which are critical specifications due to the wide dynamic range of the MRI coils. The design constraints are interdependent, with gain, voltage swing, linearity, noise figure, and dynamic range being all related to each other. Consequently, achieving an optimal balance among these factors is a challenging but necessary task to ensure the system's effectiveness. The MRI coil is modeled as a voltage source with $50\Omega$ impedance. The LNA is noise-matched with the coil. The post-layout simulation of the LNA achieved a 26 dB voltage gain and a 0.71 dB noise figure. The downconversion mixer is designed in a folded structure to efficiently utilize the supply voltage. The mixer demonstrated a conversion gain of 10.6 dB, a third-order input intercept point (IIP3) of around 1.8 dBm, and an input-referred 1 dB compression point at approximately -13.4 dBm. The designs were implemented using 65nm technology. The overall system consumes 2.7 mW and achieves a noise figure of less than 1 dB, a voltage gain of 36 dB, an input-referred 1 dB compression point of -45 dBm, and a third-order input intercept point of -30 dBm.
Benzer Tezler
- 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
- Low power smart wireless mobile electronic control system
Düşük güç tüketimli akıllı kablosuz mobil elektronik kontrol sistemi
EMİN CİHAN ANIL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Bilgi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BAYKAL SARIOĞLU
- Fırçasız doğru akım motorlarının simülasyonu
Digital simulation of brushless DC motor
BÜLENT SAVUR
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. EMİN TACER
- Fabrication and characterization of SOI based photodetectors with graphene electrode
Grafen elektrotlu SOI tabanlı fotodedektörlerin üretimi ve karakterizasyonu
ALPER YANILMAZ
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFotonik Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEM ÇELEBİ
PROF. DR. SİNAN BALCI
- Biyolojik işaretlerin elde edilip işlenmesi
Biomedical signal acquisition and processing
OSMAN OKTAY
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. MEHMET KORÜREK