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

An universal test station for multichannel integrated neural amplifiers based on LabVIEW environment

Lisicka A., Kmon P.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2016

|

R. 92, nr 11

115--118

EN

Modern technology allows for design of sophisticated measurement systems utilizing hundreds of independent recording channels. That imposes necessity of complex system functionality validation procedures development. The article describes an universal test system dedicated for tests of multichannel integrated circuits implemented in submicron technologies. Preliminary measurement results of a multichannel integrated circuit dedicated for advanced neurobiological experiments are also presented in the article.

PL

Współczesne technologie umożliwiają budowę systemów składających się z setek niezależnych torów pomiarowych o rozbudowanej funkcjonalności. Nakłada to konieczność przeprowadzenia szeregu testów weryfikujących ich działanie. Artykuł prezentuje projekt uniwersalnego systemu testującego opracowanego na potrzeby projektowanych, w technologiach submikronowych, wielokanałowych układów scalonych. W artykule przedstawiono również wyniki wstępnych pomiarów układu przeznaczonego do złożonych eksperymentów neurobiologicznych.

3

Low-power low-area techniques for multichannel recording circuits dedicated to biomedical experiments

Kmon P.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2016

|

Vol. 64, nr 3

615--624

EN

This paper presents techniques introduced to minimize both power and silicon area of the multichannel integrated recording circuits dedicated to biomedical experiments. The proposed methods were employed in multichannel integrated circuit fabricated in CMOS 180nm process and were validated with the use of a wide range of measurements. The results show that both a single recording channel and correction blocks occupy about 0.061 mm2 of the area and consume only 8.5 μW of power. The input referred noise is equal to 4.6 μVRMS. With the use of additional digital circuitry, each of the recording channels may be independently configured. The lower cut-off frequency may be set within the range of 0.1 Hz–700 Hz, while the upper cut-off frequency, depending on the recording mode chosen, can be set either to 3 kHz/13 kHz or may be tuned in the 2 Hz–400 Hz range. The described methods were introduced in the 64-channel integrated circuit. The key aspect of the proposed design is the fact that proposed techniques do not limit functionality of the system and do not deteriorate its overall parameters.

4

System do wielokanałowej rejestracji elektrycznej aktywności tkanki nerwowej In Vivo z użyciem matryc mikroelektrod

Żołądź M., Kmon P., Rauza J., Grybość P.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2014

|

R. 90, nr 5

176--179

PL

W artykule opisano system do wielokanałowej rejestracji elektrycznej aktywności tkanki nerwowej In Vivo z użyciem matryc mikroelektrod. System został oparty na dedykowanym scalonym układzie kondycjonującym. Przedstawiono specyfikę sygnałów neuronowych, metodę ich rejestracji z wykorzystaniem matryc mikroelektrod, wymagania stawiane systemowi rejestrującemu oraz budowę samego systemu. Szczególną uwagę poświęcono metodom redukcji zakłóceń generowanych przez cyfrową część systemu. Artykuł zawiera również wyniki neurobiologicznych eksperymentów in-vivo zarejestrowane z użyciem opisywanego systemu.

EN

The article describes a system for multi-channel recording of electrical activity of nerve tissue In Vivo by using microelectrode arrays. Specificity of neural signals, the method of registration by using microelectrode arrays, requirements for acquisition system and the system itself are presented. Particular attention is given to methods of reduction of noise generated by the digital part of the system. The article also presents results of in-vivo recording realized by the presented system.

5

Projekt ultraszybkich układów LVDS w technologii nanometrycznej dla potrzeb obrazowania w medycynie

Kmon P., Satława T.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2014

|

R. 90, nr 5

106--109

PL

W pracy przedstawiono projekt oraz wyniki symulacji ultraszybkich układów LVDS w technologii nanometrycznej dla potrzeb obrazowania w medycynie. Projekt dotyczy układów nadajnika oraz odbiornika i został wykonany w nowoczesnej technologii CMOS 40nm. Głównymi wymaganiami prezentowanej pracy był mały pobór mocy zarówno statycznej jak i dynamicznej oraz mała zajętość powierzchni układów. Blok nadajnika oparty jest o architekturę przełączanego mostka prądowego zaś głównym elementem odbiornika jest konwerter poziomów logicznych i komparator z histerezą. Układ odbiorczy pobiera 7.08 mW mocy statycznej i 12.09 mW mocy dynamicznej zaś układ nadawczy 17.93 mW mocy statycznej i 26.38 mW mocy dynamicznej. Wyniki symulacji pokazują poprawną pracę układów przy prędkości transmisji 1 Gb/s i obciążeniu nadajnika pojemnością 5 pF. Układ odbiorczy zajmuje powierzchnię 0.009 mm2 zaś nadawczy 0.1 mm2.

EN

The paper presents the design and simulation results of ultrafast I/O interface in nanometer process. Both, the receiver and the transmitter are designed in CMOS 40nm process and are dedicated to work with a multichannel pixel integrated circuit that is destined for medical imaging systems. The main requirements of a project are a low power consumption and small area occupation of the LVDS circuits. The transmitter is based on the current switching bridge while the receiver is built of the logic converter and inverting comparator with hysteresis. The receiver block dissipates 7.08 mW of static power and 12.09 mW of dynamic power while the transmitter dissipates 17.93 mW of static power and 26.38 mW of dynamic power at 1 GHz signal and 5pF load. The receiver and transmitter occupy respectively 0.009 mm2 and 0.1 mm2 of chip area.

6

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.

7

Analizy symulacyjne układów stymulacyjnych pod kątem wykorzystania w wielokanałowych układach scalonych

Kmon P., Drozd A.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2013

|

R. 59, nr 3

243--246

PL

W artykule dokonano przeglądu elektronicznych układów stymulacyjnych stosowanych do elektrycznej stymulacji komórek nerwowych. Pod uwagę brane były krytyczne parametry tych bloków w kontekście ich planowanej implementacji w wielokanałowym układzie scalonym. Są to m.in. rozrzuty prądów stymulacyjnych, pobór mocy tych układów, stopień komplikacji układowej czy też zajętość powierzchni krzemu. Przedstawione są podstawowe parametry i wymagania dotyczące układów stymulacyjnych oraz wyniki symulacyjne trzech powszechnie stosowanych architektur zaimplementowanych w technologii CMOS 180nm.

EN

The paper presents a review of stimulation circuits dedicated to multichannel implantable electrical stimulation of large population of neuronal cells. We take into account the main requirements of such circuits, i.e. spread of generated stimulation impulses from channel to channel, power and area consumption and architecture complexity. The paper contains analysis of the main problems that may be encountered while designing current sources able to both generating currents in a broad range and satisfying requirements referring to its output resistance, low output voltage, and uniformity of generated currents. Three most popular architectures of current stimulators are taken into consideration: solution with two independently controlled positive and negative currents and two solutions where one of the currents is generated as the copy of the second one. Simulations were carried out with use of the Cadence environment and the CMOS 180nm process was taken into account. The simulation results followed by the conclusions are presented at the end of the paper.

8

Projekt 7-bitowego niskomocowego przetwornika A/C w technologii submikronowej o małej powierzchni do zastosowań wielokanałowych

Otfinowski P., Kmon P., Kleczek R.

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2013

|

nr 2

18--21

PL

W artykule został przedstawiony projekt przetwornika analogowo-cyfrowego w technologii CMOS 180nm. Wybraną architekturą jest przetwornik kompensacyjny z równoważeniem ładunku. Duży nacisk został położony na zmniejszenie zajmowanej powierzchni jak i minimalizację poboru mocy, co czyni prezentowany układ odpowiednim do zastosowań wielokanałowych. Autorzy prezentują wyniki symulacji Monte-Carlo nieliniowości charakterystyki przejściowej. Zaprezentowany przetwornik osiąga szybkość konwersji 3 MS/s przy rozdzielczości 7 bitów i poborze mocy 77 μW oraz zajmuje tylko 90 x 95 μm2.

EN

The design of analog-to-digital converter implemented in CMOS 180 nm technology has been presented in this paper. The successive approximation architecture with charge redistribution has been chosen. Much emphasis was placed on limiting the area occupancy of the whole chip so as its power consumption, which makes the described circuit suitable for multichannel applications. The presented converter achieves 3 MS/s sampling rate with 7-bit resolution at 77 μW and occupies only 90 x 95 μm2.

9

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.

10

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.

11

System do wielokanałowej rejestracji in vitro potencjałów polowych i czynnościowych z wykorzystaniem płaskiej matrycy mikroelektrod

Żołądź M., Kmon P., Rauza J., Gryboś P., Kowalczyk T.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2012

|

R. 58, nr 4

355-357

PL

Jednoczesna wielopunktowa rejestracja potencjałów czynnościowych i polowych jest kluczem do zrozumienia mechanizmów działania mózgu [1]. Postęp w technologiach mikroobróbki oraz produkcji układów scalonych o dużym stopniu integracji pozwoliły na budowę systemów umożliwiających rejestrację aktywności mózgu z kilkuset punktów. W pracy zaprezentowano system pomiarowy do rejestracji in vitro sygnałów neuronowych przy pomocy płaskiej matrycy elektrod ostrzowych o rozmiarze 16 na 16 elektrod.

EN

Simultaneous multi-point recording of activity of living neural networks is the key to understanding the mechanisms of the brain operation [1]. Advances in micromachining technology and production of integrated circuits with a high degree of integration made it possible to build systems capable of recording brain activity of electrode arrays containing up to several hundred points [2]. Neural signal recording methods can be divided into in vivo and in vitro. In vivo method consists in introducing the electrode into the brain through a hole in the skull The animal under anesthesia may be mounted in the holder (acute neural recording) or canmove freely (chronic neural recording). In the in vitro method previously extracted piece of brain tissue is arranged on a matrix of electrodes (Fig. 2) placed in a container of liquid with a suitable composition and temperature. The in vitro method allows direct injection of chemicals and is more accurate than the method for in vivo determination of the signal origin. The paper presents a system for in vitro recording of neural signals by using a planar array of 256 electrodes (16x16). The system consists of a life-support system (temperature, nutrient fluid) (Fig. 3) and a recording system. The recording system is based on a specially designed integrated circuit fabricated in CMOS 0.18 žm technology [4]. Initial tests confirmed that the system is capable of recording both field and action potentials.

12

System pomiarowy do wielokanałowej rejestracji sygnałów neuronowych metodą in vivo

Rauza J., Żołądź M., Kmon P., Gryboś P.

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2012

|

nr 3

51-53

PL

W pracy opisano system przeznaczony do rejestracji sygnałów neuronowych mózgu zwierzęcia znajdującego się pod narkozą. System pozwala na jednoczesny pomiar sygnałów z 64 kanałów za pośrednictwem ostrzowej matrycy elektrod. Składa się on z dedykowanego układu scalonego do wzmacniania i filtracji sygnałów, układów zasilających oraz układu kontrolnego. Do akwizycji danych wykorzystywany jest komputer typu PXI (ang. Peripheral Component Interconnect eXtensions for Instrumentation). Wstępne testy przeprowadzone przy pomocy sygnałów imitujących potencjały czynnościowe podanych za pośrednictwem elektrod i płynu fizjologicznego potwierdzają poprawne działanie systemu.

EN

This paper describes a system for recording neural signals from the brain of the animal under anesthesia. The system allows for simultaneous measurement of signals from 64 points by means of penetrating microelectrode matrix. It consists of dedicate integrated circuit for signal amplification and filtering, power supply module and control module. Dedicated data acquisition is peiformed using PXI (Peripheral Component Interconnect eXtensions for Instrumentation) computer and a custom application. Preliminary tests conducted with action potentials simulating signals provided through the electrodes and saline show that the system operates properly.

13

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.

14

64 channel neural recording amplifier with tunable bandwidth in 180 nm CMOS technology

Gryboś P., Kmon P., Żołądź M., Szczygieł R., Kachel M., Lewandowski M., Błasiak T.

Metrology and Measurement Systems

|

2011

|

Vol. 18, nr 4

631-643

EN

This paper presents the design and measurements of low-noise multichannel front-end electronics for recording extra-cellular neuronal signals using microelectrode arrays. The integrated circuit contains 64 readout channels and is fabricated in CMOS 180 nm technology. A single readout channel is built of an AC coupling circuit at the input, a low-noise preamplifier, a band-pass filter and a second amplifier. In order to reduce the number of output lines, the 64 analog signals from readout channels are multiplexed to a single output by an analog multiplexer. The chip is optimized for low noise and good matching performance and has the possibility of passband tuning. The low cut-off frequency can be tuned in the 1 Hz - 60 Hz range while the high cut-off frequency can be tuned in the 3.5 kHz - 15 kHz range. For the nominal gain setting at 44 dB and power dissipation per single channel of 220 žW, the equivalent input noise is in the range from 6 žV - 11 žV rms depending on the band-pass filter settings. The chip has good uniformity concerning the spread of its electrical parameters from channel to channel. The spread of the gain calculated as standard deviation to mean value is about 4.4% and the spread of the low cut-off frequency set at 1.6 Hz is only 0.07 Hz. The chip occupies 5×2.3 mm⊃2 of silicon area. To our knowledge, our solution is the first reported multichannel recording system which allows to set in each recording channel the low cut-off frequency within a single Hz with a small spread of this parameter from channel to channel. The first recordings of action potentials from the thalamus of the rat under urethane anesthesia are presented.

15

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.

16

Wielokanałowy system do rejestracji sygnałów neurobiologicznych metodami in vitro i in vivo

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

Przegląd Elektrotechniczny

|

2010

|

R. 86, nr 9

67-71

PL

W pracy zaprezentowano projekt oraz pomiary niskoszumnego wielokanałowego układu scalonego przeznaczonego do pomiarów zewnątrzkomórkowych sygnałów neuronowych przeprowadzanych z wykorzystaniem matryc mikroelektrod. Prezentowany układ scalony posiada 64 kanały pomiarowe i został wykonany w technologii submikronowej CMOS 180nm. Aby zminimalizować ilość przewodów doprowadzonych do układu scalonego zastosowano multiplekser analogowy redukujący ilość wyjściowych linii danych z 64 do 1. Układ scalony został zoptymalizowany pod kątem jednorodności kluczowych parametrów analogowych w systemie wielokanałowym oraz pod kątem minimalizacji szumów. Użytkownik ma możliwość zmiany częstotliwości granicznych toru pomiarowego: dolnej w zakresie 1 – 60 Hz, górnej w zakresie 3,5 kHz - 15 kHz. Dla nominalnych ustawień zaprojektowany układ charakteryzuje się wzmocnieniem na poziomie 44 dB, poborem mocy 220. W na kanał i szumami wejściowymi na poziomie 6 .V - 11 .V rms (w zależności od ustawionego pasma częstotliwościowego). Dokonane pomiary wykazują wysoką jednorodność kluczowych parametrów układu wielokanałowego: rozrzut wzmocnienia napięciowego wynosi 4,4% a rozrzuty dolnej i górnej częstotliwości granicznej są na tym samym poziomie.

EN

This paper presents the design and measurements of a low noise multi-channel front-end electronics for recording of extra-cellular neuronal signals using microelectrode arrays. The integrated circuit contains 64 readout channels and was fabricated in CMOS 180nm technology. A single readout channel is built of an AC-coupling circuit at the input, a low noise preamplifier, a band-pass filter and a second amplifier. In order to reduce the number of output lines, 64 analog signals from readout channels are multiplexed to a single output by an analog multiplexer. The chip is optimized for low noise and good matching performance with the possibility of cut-off frequencies tuning. The low cut-off frequency can be tuned in the 1 Hz - 60 Hz range and the high cut-off frequency can be tuned in the 3,5 kHz - 15 kHz range. For the nominal gain setting of 44 dB and power dissipation per single channel of 220 �ÝW the equivalent input referred noise is in the range from 6 �ÝV - 11 �ÝV rms depending on the band-pass filter settings. The chip has good uniformity concerning the spread of its electrical parameters from channel to channel. The spread of gain calculated as standard deviation to mean value is about 4,4% and the spreads of the low and high cut-off frequencies are on the same level. The chip occupies 5„e2,3 mm2 of silicon area.

17

Integrated circuit with tunable bandwidth for neural signal recording

Kmon P.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2010

|

R. 86, nr 11a

90-93

EN

The architecture and preliminary measurements are presented of an ASIC for neural signal recording. The chip consists of 64 analogue channels followed by the analogue multiplexer and it is fabricated in the 180 nm CMOS technology. It consumes 220 ěW per channel from š0.9 V power supply. User is capable to modify frequency bandwidth in the 1 Hz – 60 Hz range for low cut-off frequency and 3.5 kHz – 15 kHz for high cutoff frequency. All measured parameters confirm the designed integrated circuit may be successfully used in neurobiology tests.

PL

Artykuł przedstawia architekturę oraz wstępne pomiary 64-o kanałowego dedykowanego układu scalonego przeznaczonego do pomiaru sygnałow żywych sieci neuronowych. Układ został wykonany w technologii 180nm. Pojedynczy kanał pobiera 220�ĘW mocy przy zasilaniu �[plus/minus]0.9V. Użytkownik ma możliwość regulacji dolnej i górnej częstotliwości granicznej w zakresie odpowiednio 1 Hz-60 Hz oraz 3.5 kHz-15 kHz.

18

64 Channel ASIC for Neurobiology Experiments

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

International Journal of Electronics and Telecommunications

|

2010

|

Vol. 56, No. 4

375-380

EN

This paper presents the design and measurements of 64 channel Application Specific Integrated Circuits (ASIC) for recording signals in neurobiology experiments. The ASIC is designed in 180 nm technology and operates with ± 0.9 V supply voltage. Single readout channel is built of AC coupling circuit at the input and two amplifier stages. In order to reduce the number of output lines, the 64 analogue signals from readout channels are multiplexed to a single output by an analogue multiplexer. The gain of the single channel can be set either to 350 V/V or 700 V/V. The low and the high cut-off frequencies can be tuned in 9 ÷ 90 Hz and in the 1.6 ÷ 24 kHz range respectively. The input referred noise is 7 µV rms in the bandwidth 90 Hz - 1.6 kHz and 9 µ V rms in the bandwidth 9 Hz - 24 kHz. The single channel consumes 200 µW of power and this together with other parameters make the chip suitable for recording neurobiology signals.