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

Q: 이 논문에서 정의한 에너지 스케일링이란 무엇인가?

입력 신호의 크기에 따라 회로의 에너지 소비를 자동으로 조절하는 기술이다. 이는 특히 초전도 나노와이어 단일 광자 검출기의 극저온 readout 회로에서 전력 효율을 개선하고 에너지 소비를 최적화하기 위해 적용되는 핵심 메커니즘이다.

Q: 에너지 스케일링 FIA를 적용한 readout 회로의 전력 효율과 면적 개선 효과는 무엇인가?

연구 결과, 4.2K 환경에서 기존 FIA 대비 전력 소모를 약 8.33% 감소시켜 21.0 μW의 전력을 소비하는 것으로 나타났다. 또한 입력 커패시턴스 크기를 1/10로 줄임으로써 전체적인 칩 면적을 감소시키는 효과를 거두었다.

Changjoo Park; Wanyeong Jung

doi:10.5573/ieie.2023.60.11.104

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자료유형: 학술저널

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

저널정보: 대한전자공학회 전자공학회논문지 전자공학회논문지 제60권 제11호(통권 제552호)

발행연도: 2023.11

수록면: 104 - 110 (7page)

DOI: 10.5573/ieie.2023.60.11.104

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본 논문에서는 입력 차이에 따라 자동으로 에너지를 조절할 수 있는 floating inverter amplifier (FIA)를 제안한다. 에너지 스케일링이 가능한 FIA는 기존 FIA의 전류 재사용 기법으로 전류 효율을 개선하면서 중복되는 에너지 소비를 절약할 수 있다. 이는 비주기적으로 발생하는 펄스 신호를 감지하는 응용 분야에서 특히 유리하다. 본 연구에서는 초전도 나노와이어 단일 광자검출기 (SNSPD)를 위한 극저온 아날로그 프론트 엔드에 제안하는 FIA를 65 nm CMOS 기술로 구현하여 개선된 에너지 효율성을 입증하였다. 4.2 K의 온도에서, 이 readout은 1 GHz의 속도로 동작하며 1.2 V 전원에서 21.0 μW의 전력을 소비하며, 이는 기존 FIA로 구성된 readout 시스템의 23.0 μW 대비 약 8.33 % 더 적은 전력 소비를 나타낸다.

#Cryogenic #Energy-scalability #Floating inverter amplifier #Readout circuit #Superconducting nanowire single photon detector

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