Manyetik rezonans görüntüleme için optik güçle çalışan düşük voltajlı CMOS alıcı tasarımı

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.