Analog Workshop 2023

Ein neuronaler Rekorder mit einer DC-Servoschleife auf Basis eines substratinduzierten Offsets

Neuronale Implantate benötigen rauscharme und leistungseffiziente Schaltungstechnik für die Ableitung von Signalen. Wir stellen einen neuronalen Rekorder mit integrierter Digitalwandlung vor. Durch die Verwendung einer DC-Servoschleife auf Basis eines substratinduzierten Offsets kann der Elektrodenoffset (EDO) auf dem Chip kompensieren werden. Der Substratanschluss des Eingangspaares wird zur Erzeugung eines Offsets verwendet, der dem EDO über einen großen Bereich von ±100mV entgegenwirkt. Die vorgestellte Architektur erfordert keine AC-Kopplung durch Kondensatoren, was die Verwendung von Chopping ermöglicht und eine hohe Eingangsimpedanz von 238MΩ über die gesamte Bandbreite von 10kHz sicherstellt. Aufgrund der kleinen Eingangstransistoren ist kein durch zuschaltbare Verstärker realisiertes Impedanz-Boosting erforderlich. Der Prototyp wurde in einem 180nm HV-CMOS Prozess gefertigt und benötigt eine Fläche von nur 0,02 mm2. Die Schaltung verbraucht 12,8 μW an Leistung und erreicht ein eingangsbezogenes Rauschen von 1,82 μVrms im Band für lokale Feldpotentiale (LFP) und einen NEF von 5,75.