TAMAMEN OPTİK MİKROSİSTEMLER İÇİN 180NM CMOS TEKNOLOJİSİNDE TASARLANMIŞ DÜŞÜK GERİLİM BESLEMELİ SALINGAÇLARIN KARŞILAŞTIRILMASI

Yıl 2020, Cilt: 9 Sayı: 2, 811 - 820, 07.08.2020

Baykal Sarıoğlu , Emin Cihan Anıl

https://doi.org/10.28948/ngumuh.629606

Öz

Bu çalışmada tamamen optik entegre bir biyomedikal sistem için düşük güç tüketimine ve düşük besleme gerilimine sahip salıngaç temelli sığal ve dirençsel algılama devreleri tasarlanmış ve bu tasarımlar güç tüketimi, çalışma besleme gerilimi ve çıkış frekansı değerleri göz önüne alınarak karşılaştırılmıştır. Salıngaç temelli algılama devreleri 180 nm UMC CMOS Teknolojisi kullanılarak tasarlanmış ve benzetimleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca çıkış frekansının algılayıcı direnç ve sığa değerine bağlı teorik eşitlikleri türetilmiştir. Tasarlanan halka salıngaç tasarımı ile 0,5 V geriliminde başarılı sonuç alınmış ve bu algılayıcının gerilim yükseltici devreler kullanımına ihtiyaç duymadan tek bir tümleşik CMOS fotodiyot ile çalışabilirliği gösterilmiştir.

 

Anahtar Kelimeler

optik iletişim, algılayıcı, CMOS, salıngaç

Destekleyen Kurum

Tübitak

Proje Numarası

114E549

Teşekkür

Bu çalışma Tübitak Proje No:114E549 kapsamında gerçekleştirilmiştir.

Kaynakça

• [1] AGARWAL K, JEGADEESAN R, GUO YX, THAKOR N., “Wireless Power Transfer Strategies for Implantable Bioelectronics”, IEEE Reviews in Biomedical Engineering, 10, 136-161, 2017.
• [2] BASHIRULLAH R., “Wireless Implants”, IEEE Microwave Magazine, 11 (7), 14-23, 2010.
• [3] BOSE P, KHALEGHI A, ALBATAT M, BERGSLAND J, BALASINGHAM I., “RF Channel Modeling for Implant-to-Implant Communication and Implant to Subcutaneous Implant Communication for Future Leadless Cardiac Pacemakers”, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 65 (12), 2798-2807, 2018.
• [4] GUTRUF P, ROGERS JA., “Implantable, Wireless Device Platforms for Neuroscience Research”, Current Opinion in Neurobiology, 50, 42-49, 2018.
• [5] JIANG L., YANG Y., CHEN R., LU G., LI R., LI D., HUMAYUN M.S., SHUNG K.K., ZHU J., CHEN Y., ZHOU Q., “Flexible Piezoelectric Ultrasonic Energy Harvester Array for Bio-Implantable Wireless Generator”, Nano Energy, 56, 216-224, 2019.
• [6] PAVELKOVÁ R., VALA D., GECOVÁ K., “Energy Harvesting Systems Using Human Body Motion”, IFAC-PapersOnLine, 51 (6), 36-41, 2018.
• [7] ALI F., RAZA W., LI X., GUL H., KIM K.H., “Piezoelectric Energy Harvesters for Biomedical Applications”, Nano Energy, 57, 879-902, 2019.
• [8] LEE H.Y., CHOI B., KIM S., KIM S.J., BAE W.J., KIM S.W., “Sensitivity-Enhanced LC Pressure Sensor for Wireless Bladder Pressure Monitoring”, IEEE Sensors Journal, 16 (12), 4715-4724, 2016.
• [9] WANG S., KOICKAL T.J., HAMILTON A., MASTROPAOLO E., CHEUNG R., ABEL A., SMITH L.S., WANG L., “A Power-Efficient Capacitive Read-Out Circuit with Parasitic-Cancellation for MEMS Cochlea Sensors”, IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, 10 (1), 25-37, 2016.
• [10] BRANDON C., ELLIOTT D., MOEZ K., “An Ultra Low-Voltage Low-Power Capacitance-to-Digital Converter for Wirelessly Powered Intraocular Pressure Sensor”, IEEE Journal of Radio Frequency Identification, 1 (3), 208-218, 2017.
• [11] QUADIR N.A., ALBASHA L., TAGHADOSI M., QADDOUMI N., HATAHET B., “Low-Power Implanted Sensor for Orthodontic Bond Failure Diagnosis and Detection”, IEEE Sensors Journal, 18 (7), 3003-3009, 2018.
• [12] WANG Y., GOH W.L., LEE J.H., CHAI K.T.C., JE M., “Resonant-Based Capacitive Pressure Sensor Read-Out Oscillating at 1.67 GHz in 0.18μm CMOS”, World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering, 7 (7), 375-378, 2013.
• [13] SHIH Y.C., SHEN T., OTIS B.P., “A 2.3μW Wireless Intraocular Pressure/Temperature Monitor”, 2010 IEEE Journal of Solid-State Circuits Conference, 46 (11), 2592-2601, 2011.
• [14] DRAZAN J.F., ABDOUN O.T., WASSICK M.T., DAHLE R., BEARDSLEE L., MARCUS G.A., CADY N.C., LEDET E.H., “Simple Implantable Wireless Sensor Platform to Measure Pressure and Force”, Medical Engineering & Physics, 59, 81-87, 2018.
• [15] CHIANG C.C., LIN C.C.K., JU M.S., “An Implantable Capacitive Pressure Sensor for Biomedical Applications”, Sensors and Actuators A: Physical, 134 (2), 382-388, 2007.
• [16] ARAGONÉS R., ÁLVAREZ P., OLIVER J., FERRER C., “Comparison of Readout Circuitry Techniques for Data Acquisition in Raw Sensor Systems”, IECON 2010-36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, 1252-1257, 2010.
• [17] KARIPOTT S.S., VEETIL P.M., NELSON B.D., GULDBERG R.E., ONG K.G., “An Embedded Wireless Temperature Sensor for Orthopedic Implants”, IEEE Sensors Journal, 18 (3), 1265-1272, 2018.
• [18] CIRMIRAKIS D., DEMOSTHENOUS A., SAEIDI N., DONALDSON N., “Humidity-to-Frequency Sensor in CMOS Technology with Wireless Readout”, IEEE Sensors Journal, 13 (3), 900-908, 2013.
• [19] YELKENCİ, A., SARIOGLU, B.,”CMOS optical receiver for low power biomedical microsystems,” 2017 25th Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU), 1-4,Antalya, 2017.
• [20] CAMLI B., SARIOGLU B., YALCINKAYA A.D., “Photodiodes for Monolithic CMOS Circuit Applications”, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 20 (6), 336-343, 2014.
• [21] SARIOGLU B., TUMER M., CINDEMIR U., CAMLI B., DUNDAR G., OZTURK C., YALCINKAYA A.D., “An Optically Powered CMOS Tracking System for 3 T Magnetic Resonance Environment”, IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, 9 (1), 12-20, 2015.
• [22] ASHENAFI E., CHOWDHURY M.H., “Noise Voltage Analysis of Spiral Inductor for On-Chip Buck Converter Design”, 2017 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), 1-4, 2017.