• CMOS
• LOW NOISE AMPLIFIER
• MEMS
• PMUT
• ULTRASOUND IMAGING

Gli ecografi utilizzano onde acustiche ad alta frequenza per produrre immagini dinamiche di organi, tessuti e fluidi all’interno del corpo umano.
I sistemi elettronici utilizzati negli ecografi di ultima generazione sfruttano trasduttori MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) per la generazione e la ricezione di onde acustiche.
Questo lavoro di Tesi è il risultato di un tirocinio svolto presso la divisione MMD (MEMS Microactuator Division) di ST Microelectronics. La Tesi descrive il progetto di un front-end analogico per sensori PMUT (Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers) per applicazioni ecografiche.
L’attività svolta è stata orientata allo sviluppo di una soluzione robusta e performante di un amplificatore a basso rumore, da usare come blocco basilare all’interno di un sistema ad alta integrazione per ecografi portatili.
La Tesi inizia presentando il modello fisico ed elettrico del sensore; partendo da questo, viene proposta un’analisi comparativa tra diversi sistemi di lettura del segnale in uscita dal trasduttore, considerando diverse configurazioni di utilizzo del trasduttore stesso. L’analisi è finalizzata alla definizione della topologia che si adatti al meglio alle caratteristiche del trasduttore e alle richieste del sistema.
L’implementazione a transistor dell’amplificatore, in tecnologia HCMOS9A, descritta nella Tesi, mira ad aumentare ulteriormente le prestazioni grazie ad un approccio di progettazione ottimizzato e all’introduzione di elementi circuitali innovativi.
I risultati e le considerazioni tecniche della soluzione implementata sono presentati e confrontati con lo stato dell’arte, prendendo in considerazione trasduttori per applicazioni ecografiche ad alta integrazione.

The Ultrasound Imaging technique uses high-frequency acoustic waves to produce dynamic visual images of organs, tissues or flows inside the human body. The electronic systems exploited in modern Ultrasound Imaging use MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) transducers that generate and receive acoustic waves. This Thesis work is the result of an internship period performed at MMD (MEMS Microactuator Division) division of ST Microelectronics. The Thesis describes the design of an analog front-end for PMUTs (Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers) developed mainly for medical diagnostic applications. The final goal of this activity is the definition of a robust and performing low-noise amplifier solution to be used as the basic block of a highly integrated electronic system for Ultrasound portable applications. The main steps that have been followed to reach the target started from the analysis of the physical and electrical modeling of the transducer. This was used as the starting point for a comparison between different reading architectures of the transducer signal and different transducers configurations, aimed at the definition of the optimum electronic topology that fits the sensor parameters and the overall system requirements. The transistor-level implementation in HCMOS9A technology, described in the Thesis aims at further improving performances thanks to a careful design and the introduction of innovative circuit elements. Results and technical considerations of the proposed solution are finally compared against state-of-art, considering transducers employed in highly integrated Ultrasound applications.