Yüksek Doğruluklu Tümleşik Potansiyostat Tasarımı
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRONİK-HABERLEŞME EĞİTİMİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: SERDAR TOPRAK
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Revna Acar Vural
Eş Danışman: Okan Zafer Batur
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Elektrokimyasal analiz, elektriksel ve kimyasal reaksiyonlar arasındaki ilişkiyi açıklamak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Biyomedikal alanında, insan sağlığı ve çevresel izleme gibi konularda insanların farkındalığı zamanla arttığından dolayı elektrokimyasal analizin nicelleştirilmesi elektrokimyasal algılama uygulamalarında önemli bir yere sahiptir. Bu nedenle elektrokimyasal algılama cihazı olan potansiyostat devre tasarımı burada önemli bir rol oynamaktadır. Potansiyostat devreler için tamamlayıcı metal-oksit-yarı iletken (CMOS) teknolojisi, düşük güç ve düşük maliyetli devrelerin uygulanmasını sağlar. Yeni entegrasyon teknolojileri, CMOS potansiyostat devre tasarımlarının maliyetini azaltmakta ve uygulama alanlarını genişletmek için gürültüyü azaltmaktadır. Potansiyostat devresinin uygulama alanını genişletmek için geniş dinamik akım aralığına sahip tasarımlar gerçekleştirilmektedir. Bu nedenle geniş dinamik akım aralığına sahip bir potansiyostat tasarımı için düşük gürültüde, yüksek lineerlikte ve doğrulukta akım okuma devre tasarımları önemli bir rol oynamaktadır. CMOS potansiyostat cihazının algılama sınırılarını geliştirmeye odaklanmış olan bu çalışmada, geniş dinamik akım aralığında algılanan akımın, yüksek lineerlik ve doğrulukta okunmasını sağlayan bir potansiyostat tasarlanmıştır. ± 50 nA ile ± 400 µA arasında geniş bir akım aralığına sahip bir akım taşıyıcı devresi, düşük gürültülü bir akım aynası tabanlı OTA ile yüksek doğruluk ve doğrusal çıkış özellikleri kullanan bir düzenlenmiş akım aynasının birleştirilmesiyle oluşturulur. Ayrıca, devrenin geniş dinamik akım aralığında yüksek kararlılığa sahip olmasını sağlayan kontrol yükselteç devresi tasarlanmıştır. Potansiyostat, ± 0.9 V nominal güç kaynağı ile 0.18 µm TSMC teknolojisinde tasarlanmıştır ve elde edilen sonuçlar simülasyona dayalıdır. Algılanan akım aralığı 112 dB, R2 doğrusallığı 0,9999999993 ve maksimum hata 1.3%'dır. Akım taşıyıcısının entegre referanslı gürültü 0.01 Hz - 1 kHz bant genişliği içinde 0.912 pA'dır. Potansiyostat devresinin statik güç tüketimi 1.993 mW'dir. Kontrol yükselticisi ve akım okuma devresi sırasıyla 1.98 mW ve 13 µW tüketir. Önerilen devre, düşük güç tüketimi ve yüksek doğrusal çıkış özellikleri ile düşük gürültü ve yüksek doğrulukta akım ölçümü sağlama yeteneğine sahiptir.