Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analysis of circuits for effective stimulation in neurobiological experiments

Kadłubowski Ł., Kmon P.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2016

|

R. 92, nr 11

107--110

EN

This paper reports on the development of the amplifier for neurobiological experiments, for fast transition between the stimulation and recording phases. Schematic-level design and parameters are presented, as well as the implementation of three methods of stimulus artifact reduction. Finally, simulation results are shown for performance comparison of these methods.

PL

Artykuł opisuje projekt wzmacniacza do zastosowań w eksperymentach neurobiologicznych, gdzie szybkie przełączanie pomiędzy fazą stymulacji i fazą odczytu jest bardzo istotne. Zaprezentowany jest schemat układu, jego parametry, implementacja trzech metod redukcji artefaktów stymulacyjnych, oraz wyniki symulacji porównujących te metody.

2

A reconﬁgurable electrical stimulator for the needs of multichannel neurobiological experiments

Kmon P., Drozd A.

International Journal of Microelectronics and Computer Science

|

2014

|

Vol. 5, nr 3

87--91

EN

The article presents a project of an output stage of the system designed for electrical stimulation of neural cells. The construction proposed is based on an operational ampliﬁer working in a conﬁguration of adjustable current source and is dedicated to the multichannel integrated electronic system destined for neurobiological experiments. The system has been tested in the CMOS 180nm technology and is characterized by a wide range of changes in stimulation currents (3 current ranges: 2 μA, 10 μA, 200 μA), high output impedance (above 20 MΩ), as well as a wide range of an output voltage ± 1.45 V for a ± 1.65 V supply voltage). The stimulator can generate different current patterns thanks to RAM and stimulator control logic employed. The work presents results of the simulations that concern both the scope of adjustments of stimulation currents and their mismatches between stimulation channels. The exemplary current waveforms are also shown.

3

Analiza szumowa kanału odczytowego przeznaczonego do wielokanałowych układów scalonych dedykowanych do eksperymentów neurobiologicznych

Kmon P., Otfinowski P.

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2013

|

nr 1

21--23

PL

W artykule opisano budowę typowego kanału odczytowego wykorzystywanego do rejestracji sygnałów neurobiologicznych. Wskazano główne źródła szumów jakie występują w tego typu układach i zwrócono szczególną uwagę na metody ich minimalizowania. Prowadzona w artykule dyskusja bierze pod uwagę kluczowe parametry wpływające na odniesione do wejścia kanału odczytowego szumy, a mianowicie moc pobieraną przez kanał pomiarowy oraz zajmowaną powierzchnię krzemu. Uwzględnia przy tym typowy kanał odczytowy składający się z przedwzmacniacza napięciowego, układu próbkująco-pamiętającego i przetwornika analogowo-cyfrowego. Pobierana moc oraz zajętość powierzchni są niezmiernie istotne w odniesieniu do budowy wielokanałowego implantowanego układu scalonego przeznaczonego do rejestracji szerokiej gamy sygnałów neurobiologicznych. Artykuł zakończony jest opisem zrealizowanego układu scalonego, którego rozbudowana funkcjonalność pozwala na wykorzystanie go do rejestracji szerokiej gamy sygnałów neurobiologicznych.

EN

This paper presents the noise analysis of the main components of the typical recording channel dedicated to neurobiological experiments. Main noise contributors are emphasized and its noise minimization techniques are presented. Noise analysis considers the main recording channel parameters that may be crucial during multichannel recording system design. Authors also present the measurement results of the 8-channel integrated circuit dedicated to recording broad range of the neurobiological signals.

4

Wielokanałowy układ scalony do złożonych eksperymentów neurobiologicznych

Kmon P.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2012

|

R. 58, nr 4

376-378

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.

5

Efficient neural amplifiers using MOS and MIM capacitors in 180 nm CMOS process

Kmon P., Gryboś P., Szczygieł R., Żołądź M.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2012

|

Vol. 53, nr 12

20-23

EN

This paper presents design methods that allow to drastically limit an area of a recording channel in multichannel integrated circuits dedicated to neurobiology experiments. The techniques that are presented in this paper can be applied in a 3D multichannel integrated systems where area limitations are very strict. Furthermore, they allow one to mitigate main problems existing in modern submicron processes i.e. leakage currents, a difficulty of obtaining very large MOS based resistances or uniformity of main parameters of recording channels. For further improvement of the recording channels we designed and processed in 180nm CMOS technology two recording channels that differ from each other in type of capacitors used. Their measurement results show that thanks to the applied methods we are able to tune the lower cut-off frequency in a very large range, i.e. 10 mHz - 300 Hz. The upper cut-off frequency can be changed for two different modes, i.e. neural spike recording mode where it is equal to 9 kHz or slow biomedical signals recording mode where it can be changed in the 10 Hz - 280 Hz range. The voltage gain of the recording channels can be switched either to 260 V/V or to 1000 V/V. The input referred noise of the recording channel is equal to 5 pV while its power consumption is equal to only 11 pW. The single recording channel occupies only 0.06 mm2 of the chip area and together with its large functionality allows one to adapt it into modern 3D pixel multichannel neurobiology applications.

PL

W artukule zaprezentowano metody projektowe, które pozwalająznacząco zmniejszyć powierzchnię zajmowaną przez elektronikę odczytu stosowaną w wielokanałowych systemach przeznaczonych do rejestracji sygnałów neurobiologicznych. Autorzy pracy prezentują porównanie dwóch kanałów odczytowych wykonanych w technologii submikronowej CMOS 180 nm, w których zastosowano pojemności oparte na strukturach MOS bądź kondensatorach MIM (metal-izolator-metal). W szczególności rozpatrywane są kwestie związane z prądami upływu tych struktur co ma bardzo duże znaczenie w kontekście najnowszych technologii CMOS. Artykuł prezentuje wyniki pomiarów przykładowego toru odczytowego - dolna częstotliwość graniczna może być regulowana w zakresie 10 mHz - 300 Hz, górna częstotliwość graniczna może być ustawiania na 9 kHz bądź w zakresie 10...280 Hz, zaś wzmocnienie napięciowe może być przełączane pomiędzy wartościami 260 V/V lub 1000 V/V. Pojedyczny kanał pomiarowy zajmuje 0,06 mm2 powierzchni, pobiera 11 L/W mocy, a jego wejściowe szumy napięciowe wynoszą 5 /l/V.

6

Low noise and low power multichannel integrated circuit for recording neural spikes and LFP signals

Kmon P., Zoladz M., Grybos P., Szczygiel R.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 12

18-20

EN

We present the design and measurement results of the multichannel ASIC dedicated for neurobiology experiments. Chip is fabricated in CMOS 180 nm technology and comprises 64 channels. A single readout channel is able to record both neural spikes and LFP (Local Field Potential) signals. Each channel is equipped with digital registers responsible for controlling its voltage gain, low and high cut-off frequencies, and voltage offsets of the recording channel. Thanks to these registers user is able either to set parameters of each channel independently with respect to the specific requirements of neurobiology experiments or to correct the mismatch effects in a multichannel system. The low cut-off frequency of the recording channel may be changed in the 60 mHz - 100 Hz range, the high cut-off frequency can be set to 4.7 kHz or 12 kHz while the voltage gain may be set to 139 V/V or to 1100 V/V. Single recording channel consumes only 25 µW of the power from š 0.9 V voltage supply, its input referred noise is on the 3.7 µV level and it occupies 0.13 mm² of the silicon area.

PL

Praca prezentuje wielokanałowy układ scalony przeznaczony do rejestracji sygnałów neurobiologicznych. Został on wykonany w technologii CMOS 180 nm i składa się z 64 kanałów odczytowych. Kanały odczytowe są w stanie rejestrować zarówno wolnozmienne jak i szybkozmienne sygnały neurobiologiczne (z ang. zwane odpowiednio LFP i neural spikes). Każdy z kanałów wyposażony jest w rejestry cyfrowe odpowiedzialne za kontrolę wzmocnienia napięciowego, dolnej i górnej częstotliwości granicznej oraz rozrzutów wyjściowych napięć stałych. Dolna częstotliwość graniczna może być zmieniana w zakresie 60 mHz do 100 Hz, górna częstotliwość graniczna może być przełączana do wartości 4,7 kHz bądź 12 kHz zaś wzmocnienie napięciowe może być ustawione na 139 V/V bądź 1100 V/V. Pojedyczny kanał odczytowy pobiera zaledwie 25 µW mocy z zasilania š 0,9 V, jego wejściowe szumy napięciowe wynoszą 3,7 µV i zajmuje on 0,13 mm² powierzchni.