Design and optimization of a sub-1dB noise figure low noise amplifier for magnetic resonance applications using CMOS technology

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.