A 1-V 4.6-μW/channel Fully Differential Neural Recording Front-end IC with Current-controlled Pseudoresistor in 0.18-μm CMOS

Q: 이 논문에서 정의한 전류 제어 의사 저항이란 무엇인가?

전류 제어 의사 저항은 기준 전류를 미러링하여 게이트-소스 단자 간의 전압 강하를 일정하게 유지함으로써 높은 저항 값을 구현하는 방식이다. 이는 기존 의사 저항의 공정 변화 민감성이나 전압 제어 방식의 정밀 전압 조절 필요성을 극복하며, 작은 면적으로 낮은 고역 통과 차단 주파수를 달성하는 데 사용된다.

Q: 신경 기록 프런트엔드 IC에서 전류 제어 의사 저항이 왜 중요한가?

연구 결과, 신경 기록 프런트엔드 IC에서 전류 제어 의사 저항은 낮은 고역 통과 차단 주파수를 구현하여 저주파 신경 신호를 최소한의 손실로 측정할 수 있게 한다. 이는 기존 의사 저항 방식보다 공정 변화에 덜 민감하고 정밀한 전압 조절 없이도 높은 저항을 달성하여, 성공적인 이식형 신경 신호 기록에 필수적인 성능을 제공한다.

Taeju Lee; Soonyoung Hong; Chongsoo Jung; Junghyup Lee; Minkyu Je

doi:10.5573/JSTS.2019.19.1.030

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저자정보: Taeju Lee (KAIST) Soonyoung Hong (DGIST) Chongsoo Jung (KAIST) Junghyup Lee (DGIST) Minkyu Je (KAIST)

저널정보: 대한전자공학회 JOURNAL OF SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY AND SCIENCE Journal of Semiconductor Technology and Science Vol.19 No.1

발행연도: 2019.2

수록면: 30 - 41 (12page)

DOI: 10.5573/JSTS.2019.19.1.030

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This paper presents a fully differential implantable neural recording front-end IC for monitoring neural activities. Each analog front-end (AFE) consists of a low-noise amplifier (LNA), a variable gain amplifier (VGA), and a buffer. The output signal of the AFE is digitized through a successive approximation register analog-to-digital converter (SAR ADC). The LNA adopts the currentreuse technique to improve the current efficiency, achieving the power consumption as low as 0.95 μW. The implemented LNA has the gain of 40 dB, the lowpass cutoff frequency of 10 kHz, and the high-pass cutoff frequency of sub-1 Hz which is realized using the current-controlled pseudoresistor. The VGA controls the gain from 21.9 dB to 33.9 dB for efficient digitization while consuming the power of 0.35 μW. The buffer drives the capacitive DAC of the ADC and consumes the power of 3.28 μW. The fabricated AFE occupies the area of 0.11 ㎟/Channel and consumes 4.6 μW/Channel under 1-V supply voltage. Each channel achieves the input-referred noise of 2.88 μV<SUB>rms</SUB>, the NEF of 2.38, and the NEF²V<SUB>DD</SUB> of 5.67. The front-end IC is implemented in a standard 1P6M 0.18-mm CMOS process.

#Neural recording #biomedical device #low-power #low-noise amplifier #noise efficiency factor #current-reuse #current-controlled pseudoresistor #fully differential front-end

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