طراحی مدار گیرنده rf برای یک سیستم میکرو mri

سیستم های تصویر برداری تشدید مغناطیسی هسته ای mri متداول برای تصویر برداری از کویل های بزرگ و مدارات الکترونیکی گسسته استفاده می کنند ولی بکارگیری میکروکویل هائی با ابعاد سازگار با نمونه مورد آزمایش و استفاده از آرایه میکروکویل ها برای افزایش حد تفکیک مکانی در کنار مدارات الکترونیکی مجتمع در قالب یک میکرو سیستم mri با حساسیت بالا امکان تصویر برداری های in-vivo و دستیابی به اطلاعات دینامیکی و تصاویری با وضوح بالا برای ذرات بیولوژیکی با ابعاد 10 ?m الی 250 ?m را امکان پذیر می سازد. گزارشات اخیر نشان دهنده تلاش هائی در زمینه مجتمع سازی مدارات فرستنده و گیرنده بهمراه میکروکویل ها بر روی یک تراشه واحد با کاربرد تصویربرداری و یا طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای است که در طراحی این نوع میکروسیستم ها افزایش حساسیت، بهبود نسبت سیگنال به نویز و کاهش توان مصرفی بمنظور جلوگیری از افزایش دمای تراشه در کاربردهای in-vivo اهمیت پیدا می کند. هدف از این پایاننامه طراحی یک مدار گیرنده کم نویز با توان مصرفی پائین بر پایه ارائه یک تکنیک جدید برای دریافت سیگنال های متعدد از یک آرایه دو بعدی از میکروکویل های تحت گرادیان های مختلف میدان در یک سیستم میکرو mri است تا بتوان مشکل افزایش درجه حرارت ناشی از توان مصرفی بالا در آرایه های پرظرفیت بخصوص در کاربردهای in-vivo را تا حد زیادی مرتفع ساخت. در راستای طراحی مدار گیرنده ابتدا سیگنال های دریافتی از آرایه و تاثیر پارامترهای مختلف بر روی طراحی مدار بررسی شده است به این ترتیب که میکروکویل های سطحی مختلفی توسط نرم افزار comsol multiphysics مدل سازی شده و مورد مطالعه قرار گرفته اند تا سیگنال nmr حاصل از آن محاسبه شده و تاثیر پارامترهای مختلف میکروکویل و میدان های مغناطیسی موجود در سیستم بر روی حساسیت کویل و نسبت سیگنال به نویز بررسی شود که در نهایت منجر به بهینه سازی یک میکروکویل سطحی برای کار در میدان مغناطیسی 9.4 تسلا (فرکانس 400 مگا هرتز) شده است که در این بهینه سازی دستیابی به یک نسبت سیگنال به نویز بالا مد نظر قرار گرفته است. در ادامه با پیاده سازی و مدل سازی یک آرایه 3?3 از میکروکویل های بهینه شده، تزویج بین المان های آرایه بررسی شده و یک شبکه خازنی برای حذف اثر اندکتانس متقابل بین المان های مجاور در آرایه ارائه شده است. در قسمت مدار گیرنده از روش تسهیم فرکانسی و ترکیب سیگنال های مختلف در محدوده فرکانس های بالا و میانی استفاده شده تا بتوان سیگنال های دریافتی از 9 کانال ورودی با فازهای مختلف (تحت تاثیر گرادیان فاز) و باند فرکانسی متفاوت (تحت تاثیر گرادیان فرکانس) در اطراف 400 مگاهرتز را با استفاده از سه طبقه اصلی شامل تقویت کننده کم نویز، میکسر و فیلتر دریافت، ترکیب، تقویت، فیلتر و دوباره ترکیب نموده و برای تحویل به مبدل آنالوگ به دیجیتال در طبقه پردازش سیگنال آماده نمود. این مدار گیرنده با استفاده از تکنولوژی cmos 90 nm طراحی و شبیه سازی شده و مشخصات بهره ولتاژ کل 87 db، نویز ورودی 1.1 nv/?hz، توان مصرفی 69 mw (به ازای منبع تغذیه یک ولت) و فضای اشغالی برای طرح جانمائی مدار در حدود 305 µm × 530 µm بدست آمده است که نشان دهنده بهبود مشخصه های مدار در مقایسه با کارهای مشابه است. روش ارائه شده در طراحی این مدار گیرنده و ترکیب قسمت های مداری مختلف منجر به عملکرد نویز مناسب و کاهش موثر توان مصرفی شده و امکان بکارگیری آرایه های پر ظرفیت در قالب سیستم های میکرو mri با توان مصرفی پائین برای کاربردهای in-vivoرا فراهم می سازد.