Çift modlu frekans kiplemeli atomik kuvvet mikroskobu için frekans kip çözücü mimarisi
Frequency demodulator architecture for bimodal FM-AFM (Frequency modulation atomic force microscopy)
Yazar: HIDIR AŞKAR
Danışman: PROF. DR. ABDULLAH ATALAR ; DOÇ. DR. CENK TOKER
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Matlab = Matlab

Özet:
Biyolojik makro moleküllerin hareketi, kendi yapısal değişimleri ve diğer moleküllerle olan etkileşimi dolayısıyla oldukça dinamiktir. Atomik kuvvet mikroskopları da nanometre ve nanometre-altı hassasiyetlerinde görüntüleme yapmak için kullanılmaktadır. Biyolojik örnekleri yüksek çözünürlükte gözlemlemek ve incelenen biyolojik örneğe zarar vermemek için tarama hızı ve tarama hassasiyeti yüksek, yüzeye değmeyen atomik kuvvet mikroskopları kullanılmasına yönelik çalışmalar devam etmektedir.AFM (Atomik Kuvvet Mikroskopisi) yönteminde, AM-AFM tekniğinde yüksek kalite faktörlü uç kullanıldığında algılama süresi biyolojik örnekleri incelemek için yeterli olmamaktadır. FM-AFM tekniği yüksek çözünürlükte görüntü kalitesi sağladığı için literatürde çokça tercih edilmektedir. FM-AFM tekniğinde hareketli ucun algılanan sinyali FM sinyaline benzemektedir. Bu teknikte, biyolojik örneklerin incelenmesini mümkün kılmak ve tarama süresini kısaltmak için incelenecek örneğin yüzeyiyle tarama ucu arasındaki uzaklıkla doğru orantılı olan frekans kaymasının kısa sürede bulunması hedeflenmektedir.Bu çalışmada evre uyarlayıcı, ideal tabanbant gecikme, karma, evre kenetlemedöngülü ve simetrik dördün FM kip çözücü mimarileri incelenmiştir. FM kip çözücülerinin MATLAB ortamında farklı kipleme frekansı ve frekans kaymasına sahipFM sinyallerine karşılık benzetimleri yapılmış ve kip çözme bant genişliği, kilitlenme süresi, çıkış SNR değeri gibi başarım ölçütleri karşılaştırılmıştır. Yapılan analizler sonucunda en iyi başarım ölçütlerine sahip sayısal bir PLL kip çözücüsü FPGA, ADC ve DAC kartları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Gerçeklenen FM kip çözücüsünün deneysel olarak çalışma frekans aralıkları, SFDR değerleri ve kilitlenme süresi gözlenmiştir. Bu tezde FM-AFM tekniğinde kullanılmak üzere 10?s kilitlenme süresine sahip sayısal bir FM kip çözücüsü gerçeklenmiştir.

Abstract:
The movement of biological macro-molecules is very dynamic due to their structural evolution and interaction with other molecules. Atomic force microscopesare used to obtain images at nanometer and sub nanometer ranges. Non contactatomic force microscopy studies providing the observation of biological samplesat high resolution, accuracy and speed are in progress.In the AFM (Atomic Force Microscopy) method, using the AM-AFM technique utilizing a high quality tip, the detection speed is not sufficient enough toinvestigate the biological samples. Providing high resolution imaging quality, theFM-AFM method is mostly preferred in the literature. In the FM-AFM methodthe detected signal of the tip corresponds to an FM signal. In this technique, tofacilitate the analysis of the biological samples and reduce the scanning time, thefrequency shift which is proportional to the tip sample distance is expected to befound in a short time.In this study phase adapter, ideal baseband delay, mixed, phase locked loopand symmetrical quadrature FM demodulation architectures are examined. FMdemodulators? performance measures such as demodulation bandwidth, settlingtime, output SNR values are compared in MATLAB for different modulationfrequencies and frequency deviations. As a result of the analysis a digital PLLdemodulator having the best measures is realized using FPGA, ADC and DACboards. Operating frequency ranges, SFDR values and settling time of the realizeddemodulator are observed. In this thesis, an FM demodulator architecture is implemented for use in the FM-AFM method.