دانلود رایگان ترجمه مقاله IC فرستنده ولتاژ CMOS برای کاربرد تصویربرداری پزشکی اولتراسوند – IEEE 2013

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

چکیده
1. مقدمه
2. معماری فرستنده HV
3. طراحی مدار
A. فرستنده قبلی HV
B. فرستنده HV پیشنهادی
4. نتایج تجربی
A. مشخصات ICفرستنده
B. آزمایش انتقال صوتی با IC و CMUT
5. نتیجه گیری

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1. مقدمه
در سال های اخیر، تصویربرداری فراصوتی، با توجه به مشخصات آن با ضرر کمتر برای بدن انسان در مقایسه با سایر روش های شناخته شده مانند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی، توموگرافی کامپیوتری، و اشعه X، علاقه زیادی را در زمینه پزشکی به دست آورده است. علاوه بر این، حتی ظهور فن آوری دستگاه مبدل فراصوتی میکروماشینی خازنی (CMUT) [1] در طول دهه گذشته، علاقه های بیشتری را به خود جلب کرده است. در مقایسه با همتای پیزوالکتریک آن، CMUT، مزایای استفاده از پهنای باند گسترده تر عملیاتی، ساخت ساده تر برای پیاده سازی های آرایه بزرگ، و سهولت بیشتری از مجتمع سازی را با مدارهای مجتمع نهایی (IC ها) به دلیل سازگاری با روند استاندارد CMOS فراهم می کند. اخیرا، آرایه های CMUT دوبعدی با ICهای نهایی مجتمع برای تصویربرداری سنجش حجمی فراصوتی سه بعدی برای منافع بهبودیافته مانند وضوح و نسبت سیگنال به نویز بالاتر (SNR) توسعه داده شده اند [2].
شکل. 1، یک بلوک دیاگرام سیستم فراصوتی نوعی را برای کاربردهای تصویربرداری پزشکی نشان می دهد. این سیستم فراصوتی شامل یک آرایه مبدل، یک فرستنده- گیرنده واسطه متشکل از یک فرستنده ولتاژ بالا (HV) و گیرنده کم نویز، و بلوک های پردازش تصویر/سیگنال برای ساخت تصویر می شود. انتهای جلویی آنالوگ فرستنده-گیرنده، نقش مهمی در تصمیم گیری عملکرد کلی سیستم مانند حساسیت و SNR سیستم فراصوتی ایفا می کند [3]، [4].
به منظور حمایت از آرایه های بزرگ دوبعدی، تعداد زیادی از عناصر مبدل مورد نیاز است، که در نتیجه به افزایش در تعداد سلول های IC نهایی واسطه ای دقیقاً بسته بندی شده با پیوند-فلیپ-تراشه منجر می شود، که مسائل مجتمع سازی قابل توجهی را به علت مساحت محدود قالب در دسترس برای هر سلول مطرح می نماید. یکی از مسائل اصلی، فرستنده منطقه-گرسنه HV در IC واسطه آنالوگ نهایی است. فرستنده HV معمولا از ترانزیستورهای MOS بزرگ HV دوبل-انتشاری (DMOS) [2]، [5]، [6] برای تولید سیگنال های پالس خروجی HV به منظور تحریک CMUT برای تولید فشار بالای آکوستیک بهره گیری می نماید، در حالی که قابلیت اطمینان برای جلوگیری از امکان شکست اتصال دستگاه را حفظ می نماید.
به طور خلاصه، یک فرستنده HV بسیار مجتمع که از ترانزیستورهای استاندارد CMOS هدف قرار داده شده برای تصویربرداری پزشکی فراصوتی در یک دستگاه سوزن بسیار مجتمع برای کاربردهای مامایی و امراض زنانه استفاده می نماید، ارائه شده است. هر دوی درایور پالس خروجی HV و شیفت دهنده سطح، معماری چند پشته ای پیشنهادی با مدار بایاس گیت پویا را به منظور تولید سیگنال پالس بیش از در فرکانس 1.25 مگاهرتز را در حین هدایت دستگاه CMUT غوطه ور در محیط روغنی اتخاذ می کنند. یک ولتاژ درایو 10-V که پایین تر از کاربردهای فراصوتی معمولی است، به چند دلیل در این کار انتخاب شده است. 1) یک دستگاه CMUT با یک غشاء نازک و ولتاژ فروپاشی کم برای مجتمع سازی با IC توسعه مورد استفاده قرار می گیرد 2) فشار آکوستیک تولید شده حاصل، الزامات این کاربرد را برآورده می سازد. 3) مقدار مصرف توان پویا در طول عملیات باید با توجه به حرارت بافت مینیمم شود، زمانی که سوزن وارد بافت بدن انسان می شود. بخش دوم، به طور خلاصه به معماری فرستنده می پردازد، در حالی که بخش سوم، طراحی مدار را با جزئیات توصیف می نماید. بخش چهارم، نتایج تجربی را ارائه می دهد و پس از آن نتیجه گیری در بخش پنجم ارائه می شود.

5. نتیجه گیری
یک IC فرستنده فراصوتیHV برای چند کاربردهای تصویربرداری پزشکی با استفاده از فرآیندهای HV BCD 0.18 میکرون پیاده سازی شده است. فرستنده HV، که شامل درایور خروجی و شیفت دهنده سطح پیشنهادی می شود، به سیگنال پالس خروجی 10-Vp−p با قابلیت اطمینان قوی دستیابی پیدا می کند، در حالی که تنها از ترانزیستورهای پشته ای CMOS استاندارد برای مجتمع سازی بالا و هزینه کم استفاده می نماید.
یک نمایش موفق برای آزمایش آکوستیک در محیط روغن با استفاده از IC فرستنده HV پیشنهادی و نمونه CMUT توسعه یافته انجام می شود. برای کاربردهای نیازمند فشار اکوستیک منتقله بالاتر، پشته های اضافی را می توان به سادگی برای طراحی پیشنهادی با مدارهای بایاس پویا برای حفظ یک ولتاژ بالاتر برای تحریک مبدل زیر اضافه نمود.

بخشی از مقاله انگلیسی:

I. INTRODUCTION

IN RECENT years, the ultrasound imaging has gained much interest in the medical field due to its less-harmful characteristic to the human body in comparison with other well-known methods such as magnetic resonance imaging, computed tomography, and X-rays. In addition, the emergence of the capacitive micromachined ultrasound transducer (CMUT) device technology [1] during the last decade has propelled the interest even further. In comparison with its piezoelectric counterpart, the CMUT provides the advantages of wider operational bandwidth, simpler fabrication for large array implementations, and more ease of integration with the front-end integrated circuits (ICs) due to compatibility with the standard CMOS process. Most recently, 2-D CMUT arrays with integrated front-end ICs have been developed for 3-D ultrasound volumetric imaging for improved benefits such as higher resolution and signal-to-noise ratio (SNR) [2]. Fig. 1 shows a typical ultrasound system block diagram for medical imaging applications. The ultrasound system consists of a transducer array, an interface transceiver comprised of a high-voltage (HV) transmitter and a low-noise receiver, and image/signal processing blocks for image construction. The analog front end of the transceiver plays a critical role in deciding the overall system performance such as the sensitivity and the SNR of the ultrasound system [3], [4]. In order to support large-size 2-D arrays, a large number of transducer elements are required, which then leads to an increase in the number of closely packed flip-chip-bonded interfacing front-end IC cells, posing significant integration issues due to the limited die area available for each cell. One of the main issues is the area-hungry HV transmitter in the interfacing analog front-end IC. The HV transmitter usually utilizes large-size HV double-diffused MOS (DMOS) transistors [2], [5], [6] to generate HV output pulse signals to drive the CMUT to produce large acoustic pressure while maintaining the reliability to prevent possible device junction breakdown. In this brief, a highly integrated HV transmitter utilizing standard CMOS transistors targeted for ultrasound medical imaging in a highly integrated needle device for obstetrics and gynecology applications is presented. Both the HV output pulse driver and the level shifter adopts the proposed multiple-stacked architecture with dynamic gate biasing circuit in order to generate over 10-Vp−p pulse signal at 1.25-MHz frequency while driving the CMUT device immersed in an oil environment. A 10-V drive voltage, which is lower than typical ultrasound applications, is chosen in this work for several reasons: 1) A CMUT device with a thin membrane and low collapse voltage is to be used for integration with the developed IC. 2) The resulting generated acoustic pressure meets the application requirements. 3) The amount of dynamic power consumption during operation has to be minimized considering tissue heating as the needle is to be inserted into the human tissue. Section II briefly addresses the transmitter architecture, while Section III describes the circuit design in detail. Section IV presents the experimental results followed by the conclusions in Section V.

V. CONCLUSION

A HV ultrasound transmitter IC for multiarray medical imaging applications has been implemented using the HV 0.18-μm BCD process. The HV transmitter, which includes the proposed output driver and level shifter, achieves over 10-Vp−p output pulse signal with robust reliability while only utilizing stacked standard CMOS transistors for high integration and low cost. A successful demonstration has been done for acoustic testing in an oil environment using the proposed HV transmitter IC and the developed CMUT sample. For applications requiring a higher transmitted acoustic pressure, additional stacks can be simply added to the proposed design with dynamic bias circuits to sustain a higher voltage to excite the following transducer.