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: Belirtilmemiş.
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
- Sürekli faz modülasyonunun çok düzeyli kodlanması
Multilevel coding of continuous phase modulation
İBRAHİM ALTUNBAŞ
Doktora
Türkçe
1999
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ÜMİT AYGÖLÜ
- OFDM-based received waveform design and processing techniques to detect and classify radar targets for next generation integrated sensing and communication systems
Gelecek nesil bütünleşik algılama ve haberleşme sistemleri için radar hedeflerinin tespit ve sınıflandırmasına yönelik OFDM tabanlı dalgabiçimi tasarımı ve sinyal işleme teknikleri
SEYFETTİN MUHİBBULLAH ULUOCAK
Doktora
İngilizce
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KARTAL
- 5G uygulamaları için 6 GHz altı ve milimetre dalga bantlarında çalışan mikroşerit anten tasarımı, analizi ve üretimi
Design, analysis and production of microstrip antennas operating in sub-6 GHz and millimeter wave bands for 5G applications
SANAA IRIQAT
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SİBEL YENİKAYA
- Radar uygulamalarında vivaldi anten tasarımı ve optimizasyonu
Vivaldi antenna design and optimization in radar applications
ERDEM BARLİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEBAHATTİN EKER
- A dual-band frequency selective surface design for satellite applications
Uydu uygulamalarında kullanılacak çift bantlı frekans seçici yüzey tasarımı
ESMA MUTLUER
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KARTAL