Wielokanałowy układ scalony do złożonych eksperymentów neurobiologicznych

• Autorzy: Kmon P.

Warianty tytułu

EN

Multichannel integrated circuit for complex neurobiology experiments

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca zawiera opis projektu oraz rezultaty pomiarów 8-kanałowego układu scalonego przeznaczonego do rejestracji szerokiej gamy sygnałów neurobiologicznych. Układ został wykonany w submikronowej technologii CMOS 180nm. Pojedynczy kanał pomiarowy jest zasilany napięciem š0.9V, pobiera 11 žW mocy i zajmuje 0.06 mm2 powierzchni. Każdy z torów odczytowych jest wyposażony w cyfrowe rejestry konfiguracyjne pozwalające na niezależną kontrolę wzmocnienia napięciowego czy też dolnej i górnej częstotliwości granicznej. Dzięki tym rejestrom użytkownik ma możliwość ustawienia dolnej częstotliwości granicznej w zakresie 0.3 Hz - 900 Hz zaś górna częstotliwość graniczna może być ustawiona skokowo na wartość 280 Hz lub 9 kHz. Wzmocnienie napięciowe może być ustawione na wartość 260 V/V lub 1000 V/V. Wejściowe szumy napięciowe dla ustawionego pasma częstotliwościowego 1 Hz - 9 kHz wynoszą 5 žVRMS.

EN

This paper presents a low noise, low power electronic chip comprising 8-channels of neural recording amplifiers that occupy very small silicon area and are suitable to integrate with multielectrode arrays in cortical implants where power, area and low input referred noise are very severe restrictions. The author analyses the main problems existing in neural recording systems processed in modern submicron technologies and introduces methods allowing avoiding them. There are also presented the design and measurement results of this chip. Each recording channel is equipped with a control register that enables setting the main chip parameters independently in each recording site. Thanks to this functionality, a user is capable to set the lower cut-off frequency in the 0.3 Hz - 900 Hz range, the upper cut-off frequency can be switched either to 280 Hz or 9 kHz, while the voltage gain can be set either to 260 V/V or 1000 V/V. A single recording channel is supplied from š0.9V, consumes only 11 žW of power, and its input referred noise is equal to 5 žV for 1 Hz - 9 kHz bandwidth. The chip parameters presented in this paper make it a good candidate for using in modern multichannel pixel 3-D neurobiology applications.

Słowa kluczowe

PL

wielokanałowe układy scalone; eksperymenty neurobiologiczne; układy pikselowe; CMOS

EN

multichannel integrated circuits; neurobiological experiments; pixel circuits; CMOS

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 58, nr 4
• Strony: 376--378
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kmon P.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Litke A., Bezayiff N., Chichilinsky E., Cunnigham W., Dabrowski W., Grillo A., Grivich M., Grybos P., Hottowy P., Kachiguine S., Kalmar R., Mathieson K., Petrusca D., Rahman M., Sher A.: What does the eye tell the brain?: Development of system for the large-scale recording of retinal output activity. IEEE Transactions on Nuclear Scienc, vol. 51, 2004, pp. 1434-1440.
• [2] Berger T. W., et al.: Restoring lost cognitive function: Hippocampalcortical neural prostheses. IEEE Eng. Med. Biol. Mag., vol. 24, no. 5, pp. 30-44, Sep./Oct. 2005.
• [3] Behrens C. J., van den Boom L. P., de Hoz L., Friedman A., Heinemann U.: Induction of sharp wave - ripple complexes in vitro and reorganization of hippocampal networks. 2005, Nature Neuroscience.
• [4] Wise K. D., Sodagar A. M., Yao Y., Gulari M. N., Perlin G. E., Najafi K.: Microelectrodes, Microelectronics, and Implantable Neural Microsystems. 2008, Proceedings of the IEEE, pp. 1184-1202, Vol. 96, No. 7.
• [5] Nurmikko A. V., Donoghue J. P., Hochberg L. R., Patterson W. R., Song Y. K., Bull C. W., Borton D. A., Laiwalla F., Park S., Ming Y., Aceros J.: Listening to Brain Microcircuits for Interfacing With External World Progress in Wireless Implantable Microelectronic Neuroengineering Devices. Proceedings of the IEEE, 2010, Vol. 98, No. 3, pp. 375-388.
• [6] Grybos P., Kmon P., Zoladz M., Szczygiel R., Kachel M., Lewandowski M., Blasiak T.: 64 Channel Neural Recording Amplifier with Tunable Bandwidth in 180 nm CMOS Technology. Metrol. Meas. Syst., Vol. XVIII (2011), No. 4.
• [7] Zoladz M., Kmon P., Grybos P., Szczygiel R., Kleczek R., Otfinowski P.: A Bidirectional 64-channel Neurochip for Recording and Stimulation Neural Network Activity. IEEE EMBS Neural Engineering Conference, 2011, Cancun, Mexico.
• [8] Kmon P., Żołądź M., Gryboś P., Szczygieł R.: Multichannel system for in vivo and in vitro neural signal recording. Electrical Review, Stowarzyszenie Elektryków Polskich, ISSN 0033-2097 - 2010 R. 86 No. 9, pp. 67-71.
• [9] Grybos P.: Low Noise Multichannel Integrated Circuits in CMOS Technology for Physics and Biology Applications. Monography 117, AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2002, available at: www.kmet.agh.edu.pl/www/asics