Design and optimization of a sub-1dB noise figure low noise amplifier for magnetic resonance applications using CMOS technology
CMOS teknolojisi kullanılarak manyetik rezonans uygulamaları için 1db altında gürültü rakamına sahip düşük gürültülü amplifikatör tasarımı ve optimizasyonu
- Tez No: 912064
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDULLAH ATALAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Düşük Gürültülü Yükselteçler (Low Noise Amplifiers, LNAs), manyetik rezonans görüntüleme (MRI) alıcılarında zayıf sinyalleri yükseltirken eklenen gürültüyü en aza indirmek için tasarlanmış kritik bileşenlerdir. MRI sistemlerinde LNAs, giriş empedanslarının kısa devreye çok yakın olmasını gerektirir. Bu özellik, LNA'nın bir çeyrek dalga iletim hattı üzerinden MRI bobinine bağlandığında bobinde akım oluşmamasını sağlar. Bobindeki akımın ortadan kaldırılmasıyla, bir dizi içindeki bobinler arasındaki karşılıklı bağlaşım (mutual coupling) riski önemli ölçüde azaltılır ve bu durum sistemin genel performansını ve görüntü kalitesini iyileştirir. Bu tez, 10.3T ve 10.5T MRI sistemleri için sırasıyla 437 MHz ve 477 MHz'de çalışan, kas kod yükselteç yapılarının farklı varyasyonlarını kullanarak tasarlanmış, 1dB'nin altında gürültü figürüne sahip CMOS LNAs'ların tasarımına odaklanmaktadır. Tek bobinli 10.3T MRI sistemi için tasarlanan ilk LNA, tamamen modellenmiş tasarımıyla 20.54 dB güç kazancı, 0.97 dB gürültü figürü, −11.70 dB giriş yansıma kaybı ve −12.26dBm IIP3 performansı göstermektedir. 10.5T dizi MRI sistemi için bir tek uçlu ve bir diferansiyel uçlu LNA tasarlanmıştır. Tek uçlu LNA, 18.42 dB güç kazancı, 0.42 dB gürültü figürü, −0.90 dB giriş yansıma kaybı, −18.03 dB çıkış yansıma kaybı ve −17.12 dBm IIP3 performansı sergilerken, diferansiyel uçlu LNA 14.76 dB güç kazancı, 0.60 dB gürültü figürü, −0.94 dB giriş yansıma kaybı, −18.73 dB çıkış yansıma kaybı ve −14.36 dBm IIP3 performansı göstermektedir. Ayrıca, diferansiyel yükselteç önemli bir güç kaynağı reddetme oranı (PSRR) iyileştirmesi sunarak, dizi MRI uygulamaları için iyi bir seçenek olduğunu kanıtlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Low Noise Amplifiers (LNAs) are crucial components in magnetic resonance imaging (MRI) receivers, primarily designed to amplify weak signals while minimizing the added noise. They have a special requirement of having an input impedance very close to a short-circuit. This requirement assures that there is no current in the MRI coil when the LNA is connected to the coil with a quarter-wave transmission line. By eliminating the current in the coil, the risk of coupling between coils also known as mutual coupling, within an array is reduced. This thesis explores designs of sub-1dB noise figure CMOS LNAs operating at 437 MHz and 477 MHz for 10.3 T and 10.5 T MRI systems, respectively, using variations of cascode amplifier structures while addressing the challenges and advancements in CMOS RF design. The first LNA designed for a singular 10.3 T MRI coil system demonstrates a power gain of 20.54 dB, a noise figure of 0.97 dB, an input return loss of −11.70 dB, and an IIP3 of −12.26 dBm with its fully modeled design. For a 10.5 T Array MRI system, one single-ended and one differential-ended LNA is designed. The single-ended demonstrates a power gain of 18.42 dB, a noise figure of 0.42 dB, an input return loss of −0.90 dB, an output return loss of −18.03 dB, and an IIP3 of −17.12 dBm, whereas the differential-ended demonstrates a power gain of 14.76 dB, a noise figure of 0.60 dB, an input return loss of −0.94 dB, an output return loss of −18.73 dB, and an IIP3 of −14.36 dBm both with their fully modeled designs. The differential amplifier also displays a significant improvement in PSRR, making it a good choice for array MRI applications.
Benzer Tezler
- Sub-6 GHZ 5G MIMO antenna
6 GHZ altı 5G çok girdili çok çıktılı anten
ABDURRAHMAN BAYLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE ÖZLEM AYDIN ÇİVİ
- A methodology for energy optimization of buildings considering simultaneously building envelope HVAC and renewable system parameters
Binalarda yapı kabuğu, mekanik sistemler ve yenilenebilir enerji sistemleri parametrelerinin eş zamanlı enerji optimizasyonu için bir yöntem
MELTEM BAYRAKTAR
Doktora
İngilizce
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ZERRİN YILMAZ
PROF. DR. MARCO PERINO
- A New channel allocation and routing method for communications network
İletişim ağları için yeni bir kanal atama ve yönlendirme yöntemi
MUSTAFA AYKUT
Doktora
İngilizce
1997
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHacettepe ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ SAATÇİ
- Bir yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrali için organik rankıne çevrimi dizaynı ve modellemesi
Design and modeling of organic rankine cycle for a concentrated solar thermal power plant
ERDEM ACAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Kentsel çevre ve yeşil altyapı bağlamında açık alanların performanslarının değerlendirilmesi ve optimizasyonuna yönelik parametrik bir model önerisi
A parametric model roposal for optimization analysis of urban open space performance in the context of green infrastructure and urban environment
SAFİYE ELİF SERDAR YAKUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Peyzaj Mimarlığıİstanbul Teknik ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELTEM ERDEM KAYA