Biyomedikal mühendisliği uygulamaları için Radyo Frekansı (RF) güç amplifikatörü (PA), güç osilatörü (PO), mikser ve test devresi simülasyon sonuçları sunulmuştur. Yeni bir Sınıf-E tipi RF PA tasarlandı ve şematik devre simüle edildi. RF devre blokları 130 nanometre (nm) standart CMOS RF teknolojisinde tasarlanmış ve uygulanmıştır. Şematik test devresi simülasyonları, spiral endüktansı ve anten iç direnci içeren anten bağlantısı ile test edilmiştir. Devre simülasyon sonuçlarına göre, PA, PO ve mikser çıkışı ile anten giriş katları arasında ekstra uyumsuzluk ayar devresine ihtiyaç duyulmadı. Gösterim amacıyla, 33 GHz çok yüksek frekans (EHF) bandı PA giriş voltajı, 300 mV tepeden tepeye (pp) voltaj seviyesinde uygulanmıştır. Sınıf-E tipi aktif transistör anahtarı olarak teknoloji standardı 1V RF n-kanallı Metal-Oksit-Silikon (MOS) transistör kullanıldı. PA devre simülasyonu için test sonuçları, önerilen devrenin geleneksel E Sınıfı tipi RF PA' lardan daha iyi çalıştığını göstermektedir. 40 harmonik için 33 GHz RF giriş frekansında -8,5 dBm güç girişi için % 70 güç amplifikatörü verimliliği (PAE) ve harmonik salınım dengesi modunda 15 adımuygulanmıştır. Tümdevre blokları, özellikle glükoz algılama sistemi için talep edilen biyomedikal mühendisliği için tasarlanmış ve yapılmıştır. Yeni bir Radyo Frekansı (RF) güç osilatörü (PO) devresi tasarlandı ve simülasyon sonuçları da sunuldu. PO devre konsepti, giriş ve çıkış arasında anahtar elemanı olarak tek nMOS transistör kullandığından son derece kullanışlıdır. Aynı zamanda RF devrelerinin verici tarafı için osilatör devresinin kullanımını ortadan kaldırmaktadır. Osilatör devreleri genellikle n-kanal ve p-kanal standart CMOS teknoloji transistörleri ile negatif dirençli harmonik çapraz bağlı LC-tank voltaj kontrollü osilatör (LCVCO) devre yapısı kullanılarak uygulanmıştır. Verici (Tx) tarafında geleneksel olarak kullanılan LCVCO devresinin ortadan kaldırılması, özellikle iç mekan kablosuz telekomünikasyon ve biyomedikal mühendislik sistemleri için önemlidir, çünkü bu yöntem kullanılarak önemli miktarda güç kaybı ortadan kaldırılır. PO' nun uygulanması için, PA devresi gerçekleştirme adımında gösterilen E Sınıfı tipi RF PA modifiye edildi. Sorumlulukları hem salınım sinyali üretmek hem de gücünü anten yüküne yükseltmektir. Bu amaçla, RF PO da aynı 130 nm standart CMOS RF teknolojisinde tasarlandı ve uygulandı. Ana besleme voltajı vdd ve öngerilim voltajı vbias1 600 mV değerlerine ayarlandı. Güç kaynaklarından 35.6 GHz RF güç salınım frekansında toplam 8.94 miliwatt (mW) ortalama kare kök (rms) güç ve 14.9 miliamper (mA) rms akım sağlandı. Bu, tek transistör ile milimetre dalga (mmWave) çok yüksek frekans (EHF) bant (30-300 GHz) RF güç salınımı oluşturan ilk çalışmadır. Glükoz algılama yapısının tüm devre gerçekleştirilmesinin son adımında, EHF bandında mm-Dalga frekansında çalışan yeni RF mikser devresi gösterilmektedir. Bu mikser devresi tamamen yeni bir tasarımdır ve dünyada ilk kez burada sunulmuştur. Yeni konsept tek transistör karıştırıcı devresinin gerilimini ve akımını beslemek için besleme gerilimi kullanmak yerine, önceki adımda tanıtılmış olan PO benimsenmiştir. PO, hem besleme voltajını hem de akımı sağlıyor, ayrıca temel bant salınım sinyalini de getiriyor. Bu yöntemle hem güç kaynağı hem de temel bant osilatör sinyali oluşturuldu. Bu yöntem ayrıca yaygın olarak kullanılan harmonik çapraz bağlı negatif direnç geri besleme CMOS LCVCO devresini de ortadan kaldırmaktadır. Öte yandan, karmaşık Gilbert Mixer mimarisini kullanmak yerine, yeni tek transistör devre tasarım konsepti kullanıldı. Tek transistörlü karıştırıcı devresi, yalnızca bir n-kanal MOS transistörüne sahip olan düşük gürültülü amplifikatörün (LNA) kullanımına benzer. Önerilen karıştırıcı devre tasarım şemasına göre, zarf sinyalinin ikinci harmonik çıkarımı elde edilmiştir. 130 nm standart CMOS teknolojisi kullanılmıştır. 35.6 GHz frekanslı PO sinyali ve 34 GHz RF test sinyali karıştırıldı ve 3.12 GHz 2. harmonik zarf çıkarıldı. Bu çalışmanın sadece bir değil, birçok yeni tasarım konsepti vardır.
Read full abstract