A Readout Circuit for Superconducting Nanowire Single Photon Detector using Cryogenic Energy-Scalable Floating Inverter Amplifier

Q: 이 논문에서 정의한 비대칭 에너지 스케일러블 FIA란 무엇인가?

비대칭 에너지 스케일러블 FIA는 기존 FIA의 향상된 gm/id 성능을 유지하면서 입력 차이에 따라 자동으로 에너지 스케일링을 가능하게 하는 증폭기이다. 이는 입력 신호의 차이를 커패시터에 샘플링하여 증폭 전 단계에서 에너지 소비를 크게 줄이며, 특히 입력 차이가 클 때 경쟁 전류를 감소시켜 에너지 효율을 높인다.

Q: SNSPD 판독 회로에 비대칭 에너지 스케일러블 FIA를 적용하면 어떤 이점이 있는가?

연구 결과, 비대칭 에너지 스케일러블 FIA를 SNSPD 판독 회로에 적용하면 기존 FIA 대비 약 8.33%의 전력 절감 효과를 얻을 수 있다. 이는 입력 차이에 따라 에너지 소비를 자동으로 조절하여, 특히 희소 펄스 신호를 검출하는 애플리케이션에서 전력 효율을 크게 향상시킨다.

Changjoo Park; Wanyeong Jung

학술대회자료 Full-text

저자정보: Changjoo Park (Korea Advanced Institute of Science and Technology) Wanyeong Jung (Korea Advanced Institute of Science and Technology)

저널정보: 대한전자공학회 대한전자공학회 학술대회 2023년도 대한전자공학회 하계학술대회 논문집

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This paper presents a floating inverter amplifier (FIA) that enables automatic energy scaling based on its input difference. The energy-scalable FIA saves redundant energy consumption while maintaining the gm/id improvement achieved by the current-reuse technique in conventional FIA. It can be particularly advantageous in applications detecting sparse pulse signals. We demonstrate the presented FIA’s enhanced energy-efficiency by implementing it in a cryogenic analog-front-end for a superconducting nanowire single photon detector (SNSPD) in 65 nm CMOS technology. At 4.2 K, the readout operates at a maximum speed of 1 GHz while consuming 21.0 μW from 1.2 V supply, which is approximately 8.33 % less power consumption than the readout system consists of the conventional FIA that consumes 23.0 μW.

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분석 및 수행
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