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.
Design of a front-end ASIC for a fully integrated ultrasound PMUT array in CMOS
Zamora Díaz Comas, I. (Autor). 28 de nov. 2022
Tesi d’estudis: Tesi doctoral
Tesi d’estudis: Tesi doctoral