Progettazione di un amplificatore a bassa potenza e basso rumore per l'imaging medico a ultrasuoni

This thesis is part of the PROUD project, conducted in collaboration with the medical imaging team at STMicroelectronics. The objective of this work is to assess the feasibility of a low-noise amplifier (LNA) with a noise level of 4 nV/sqrt{Hz}, consuming only 10 mW of power, while maintaining a high input signal dynamic range of 360 mV, a broad bandwidth, and low harmonic distortion. The intended application is the reception of ultrasound waves for medical imaging, with the LNA designed for integration into a portable, battery-powered device. The design process began with an analysis of different architectures to evaluate noise performance and power consumption. Subsequently, the amplifier topology and MOSFET characteristics were optimized to meet the specified requirements. Finally, a comparative analysis was conducted to determine the optimal LNA that best satisfies the design specifications.

Questa tesi fa parte del progetto PROUD, condotto in collaborazione con il team di imaging medico di STMicroelectronics. L'obiettivo di questo lavoro è valutare la fattibilità di un amplificatore a basso rumore (LNA) con un livello di rumore di 4 nV/sqrt{Hz}, che consuma solo 10 mW di potenza, mantenendo un'elevata gamma dinamica del segnale di ingresso di 360 mV, un'ampia larghezza di banda e una bassa distorsione armonica. L'applicazione prevista è la ricezione di onde ultrasoniche per l'imaging medico, con l'LNA progettato per l'integrazione in un dispositivo portatile alimentato a batteria. Il processo di progettazione è iniziato con un'analisi di diverse architetture per valutare le prestazioni di rumore e il consumo energetico. Successivamente, la topologia dell'amplificatore e le caratteristiche MOSFET sono state ottimizzate per soddisfare i requisiti specificati. Infine, è stata condotta un'analisi comparativa per determinare l'LNA ottimale che soddisfa al meglio le specifiche di progettazione.