1024チャンネルハイブリッド電圧/電流クランプニューラルインターフェイスシステムオンチップと動的増分SAR取得

科学分野:

• 神経科学
• 電気工学
• 材料科学

背景:

• 高スループット、マルチモーダル記録および刺激は神経科学にとって重要です。
• オンチップデータ圧縮は、ニューラルインターフェイスにおけるデータ量を削減するために不可欠です。
• 既存のニューラルインターフェイスは、面積、エネルギー効率、ノイズ性能のバランスをとる上で課題に直面しています。

研究 の 目的:

• 高チャネル数と高効率のニューラルインターフェイスシステムオンチップ（NISoC）を開発すること。
• 同時高解像度電気記録および刺激を可能にすること。
• データ量を削減するために、オンチップデータ取得および圧縮を統合すること。

主な方法:

• 65 nm CMOS技術を使用した1,024チャネルNISoCの製造。
• 電圧および電流クランプをサポートするアナログフロントエンドを備えた32x32電極アレイの統合。
• オンチップデータ取得のための32個の動的増分SAR ADCの実装。

主要な成果:

• 記録的なノイズエネルギー効率を達成し、消費電力は0.81 µW/チャネル、入力換算電圧ノイズは8.8 µVrmsでした。
• 11ビット実効ビット数（ENOB）で25 Mspsのハイスループットデータ取得を実証しました。
• データ取得のためのエネルギー効率2 fJ/レベルを達成しました。

結論:

• 開発されたNISoCは、神経科学研究のためのニューラルインターフェイス技術において大きな進歩を提供します。
• このシステムは、卓越したノイズエネルギー効率を備えた高解像度、ハイスループットの電気生理学を提供します。
• ADCに統合されたスパイク検出は、将来のオンチップニューラルデータ圧縮への道を開きます。