Design of a front-end ASIC for a fully integrated ultrasound PMUT array in CMOS
Avui en dia, els avenços en transductors ultrasònics MEMS miniaturitzats requereixen grans esforços en el disseny dels circuits electrònics d'interfície per tal d'aprofitar el seu menor consum d'energia, reduïdes dimensions i baix cost de fabricació. En aquest context, aquest doctorat...
| Autor: | |
|---|---|
| Formato: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Recursos: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:274969 |
| Acesso em linha: | https://ddd.uab.cat/record/274969 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palavra-chave: | ASIC CMOS PMUT Tecnologies 621.3 |
| Resumo: | Avui en dia, els avenços en transductors ultrasònics MEMS miniaturitzats requereixen grans esforços en el disseny dels circuits electrònics d'interfície per tal d'aprofitar el seu menor consum d'energia, reduïdes dimensions i baix cost de fabricació. En aquest context, aquest doctorat s'ha centrat en el desenvolupament d'un circuit integrat analògic de front-end específic per a l'aplicació (ASIC) per a una matriu de transductors ultrasònics piezoelèctrics micromecanitzats (pMUT)d totalment integrada . L'objectiu principal és aconseguir un sistema integrat compacte amb un baix consum d'energia i un rendiment millorat en termes de relació senyal-soroll, per aplicacions d'imatge d'ultrasons i de mesura de distancies En particular, en aquesta tesi s'ha dissenyat i implementat l'electrònica encarregada de generar els senyals d'excitació del transductor ultrasònic , així com la circuiteria per a l'amplificació del senyal provinent del transductor, sensible al ultrasò entrant. En aquest context, per optimitzar l'àrea, el consum d'energia i l'eficiència de transmissió, s'ha proposat un Pulser HV basat en desplaçadors de nivell i inversors, que és capaç d'amplificar polsos monofàsics de 3,3 V a 32 V. D'altra banda, la recepció es va realitzar una anàlisi per aconseguir un compromís entre el rendiment del soroll, el guany i les necessitats d'àrea. Els amplificadors RX proposats inclouen dues topologies LNA (un amplificador de tensió i un amplificador de trans-impedància basat en retroalimentació capacitiva) i un amplificador de guany programable per implementar la funció de compensació de guany de temps. Els sistemes d'ultrasons PMUTs-on-CMOS es van a validar, en primer lloc, mitjançant un únic element de píxel capaç d'aconseguir nivells de relació senyal-soroll més alts en comparació amb el sistema no integrat mitjançant el mateix procés de fabricació. A partir dels excel·lents resultats assolits, es va a discutir i validar una matriu (PMUTs-on-CMOS) com a sistema compacte d'ultrasons per a aplicacions d'imatge. Finalment, el darrer capítol es va a dedicar a presentar una nova estratègia per estimar, mitjançant l'us d'un sistema de PMUTS, distàncies relatives molt curtes amb alta precisió basada en l'ús d'ones polsades multifreqüència que obre el camí a una futura aplicació d'aquest sistema en circuits electrònics CMOS. |
|---|