27747

طراحي و شبيه سازي تشديد كننده پيزو الكتريك ميكرو‌الكترو مكانيكي به منظور به‌كارگيري در شبكه تطبيق گيرنده هاي wake-up بسياركم توان

كارشناسي ارشد

برق-الكترونيك-گرايش مدارهاي مجتمع

1398

1401/9/29

دكتر جوادياوند حسني

برق

استفاده از فن‌آوري اينترنت اشياء در بسياري از حوزه‌ها نقش پراهميتي دارد. با بكارگيري طيف وسيعي از گره‌هاي سنسور در حوزه‌هاي گوناگون اينترنت اشياء، نقش توان مصرفي اهميت ويژه‌اي پيدا مي‌كند. به همين منظور يكي از طرح‌هاي كارآمد در گره‌هاي سنسور، استفاده از يك گيرنده كم مصرف هميشه روشن به نام گيرنده بيداركننده براي روشن كردن گيرنده اصلي در صورت لزوم است. به منظوركاهش توان مصرفي گيرنده بيداركننده، از مدلاسيون ساده كليدزني روشن-خاموش استفاده مي‌شود كه با يك آشكارساز دامنه قابل پياده‌سازي است. اما به دليل عدم تطبيق بزرگي كه آشكار‌ساز دامنه با آنتن ايجاد مي‌كند، استفاده از يك شبكه تطبيق با قابليت‌هايي از جمله انتخاب دقيق فركانس، ايجاد ولتاژ ورودي مناسب براي طبقه بعدي(آشكارساز دامنه)، مساحت اشغالي كم، نويز‌پذيري كم و امكان يكپارچه‌سازي با ساير طبقات، ضروري است. در اين ميان سيستم‌هاي ميكروالكترومكانيكي به دليل ارائه چنين قابليت‌هايي، نقش اميدواركننده‌اي را درساخت اين شبكه‌هاي تطبيق ايفا كرده‌اند. به همين منظور در اين پايان‌نامه يك تشديدكننده ميكروالكترومكانيكي پيزوالكتريكي نيتريدآلومينيوم دو دهانه‌اي مد كانتور جهت بكارگيري در شبكه تطبيق يك گيرنده بيدار‌شونده در فركانس 5.14 گيگاهرتز (فركانس كاري گره IOT) با تنظيم مناسب ابعاد هندسي و تعداد الكترود‌ها، طراحي و در نرم‌افزار المان محدود COMSOL Multiphysics 6.0 شبيه‌سازي شده است. مقدار پارامتر‌هاي ضريب كيفيت ( Q )، مقاومت حركتي ( R_m ) و ضريب كوپل الكترومكانيكي ( k_t^2 ) اين تشديدكننده به ترتيب 985، 25 اهم و %5.17 استخراج شده است. همچنين مدل مدار الكتريكي اين تشديدكننده با مقادير محاسبه شده براي المان‌هاي سلف حركتي، خازن حركتي، مقاومت حركتي و خازن استاتيكي، ارائه شده است.

1401/10/30

Design and simulation of a Micro Electro Mechanical Resonator for matching network of ultra low power wake-up receivers

12/20/2023 12:00:00 AM

The use of Internet of Things technology plays an important role in many fields. By using a wide range of sensor nodes in various areas of the Internet of Things, the role of power consumption becomes particularly important. For this purpose, one of the efficient designs in sensor nodes is to use a low-power always-on receiver called a wake-up receiver to turn on the main receiver when necessary. In order to reduce the power consumption of the wake-up receiver, simple on-off switching modeling is used, which can be implemented with an envelope detector. But due to the large mismatch that the envelope detector creates with the antenna, the use of a matching network with capabilities such as accurate frequency selection, creating the appropriate input voltage for the next floor (envelope detector), small occupied area, low noise and the possibility of integration with other floors are essential. For this purpose, in this thesis, a contour mode two-port piezoelectric aluminum nitride microelectromechanical resonator to be used in the matching network of a wake-up receiver at the frequency of 5.14 GHz (the working frequency of the IOT node) with the proper adjustment of the geometric dimensions and the number of electrodes, designed and in the COMSOL Multiphysics finite element software. 6.0 is simulated. The parameters of the quality factor (Q), motional resistance (R_m) and electromechanical coupling factor (k_t^2) of this resonator have been extracted as 985, 25 ohms and 5.17%, respectively. Also, the electric circuit model of this resonator is presented with the calculated values for the motional inductor, motional capacitor, motional resistance and static capacitor elements.

تشديدكننده‌هاي ميكروالكترومكانيكي , مواد پيزوالكتريك , گيرنده بيداركننده , تطبيق امپدانس , تشديدكننده‌هاي مد كانتور

Microelectromechanical resonators , Piezoelectric material , Wake-Up receiver , Impedance matching , contour mode resonators

Mehdi Moradi

Dr. Javad Yavandhasani