RF Blocks for Biomedical Engineering

Abstract

Radio Frequency (RF) power amplifier (PA), power oscillator (PO), mixer, and their test circuit simulation results were presented for biomedical engineering applications. The novel efficient Class-E type RF PA was designed, and a schematic circuit was simulated. RF circuit blocks were designed and implemented at the 130 nanometers (nm) standard CMOS RF technology. Schematic test circuit simulations were tested with antenna connection which includes two-wire bonding inductances and antenna inner resistance. According to the circuit simulation results, no extra mismatch tuning circuit was needed between PA, PO, and mixer output and antenna input stages. For demonstration purposes, 33 GHz extremely high frequency (EHF) band PA input voltage was applied at 300 mV peak-to-peak (pp) voltage level. Technology standard 1V RF n-channel Metal-Oxide-Silicon (MOS) transistor was used as a Class-E type active transistor switch. For PA circuit simulation, test results show that the proposed circuit runs better than traditional Class- E type RF PAs. 70% power amplifier efficiency (PAE) for -8.5 dBm power input at 33 GHz RF input frequency for 40 harmonics and 15 steps in the harmonic shoot balance mode was achieved. The whole circuit blocks were designed and implemented for biomedical engineering which was specifically requested for the glucose detection system.

Özet

Biyomedikal mühendisliği uygulamaları için Radyo Frekansı (RF) güç amplifikatörü (PA), güç osilatörü (PO), karıştırıcı ve test devresi simülasyon sonuçları sunulmuştur. Yeni, verimli 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, iki tel bağlama endüktansı ve anten iç direnci içeren anten bağlantısı ile test edilmiştir. Devre simülasyon sonuçlarına göre, PA, PO ve mikser çıkışı ve anten giriş aşamaları arasında ekstra uyumsuzluk ayar devresine ihtiyaç duyulmadı. Gösterim amacıyla, 33 GHz aşırı 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) transistörü 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 atış dengesi modunda 15 adım elde edilmiştir. Tüm devre blokları, özellikle glikoz algılama sistemi için talep edilen biyomedikal mühendisliği için tasarlanmış ve uygulanmıştır.