一个基于标准细胞的神经启发的生物和低频信号的整合和发射模拟到时间转换器 - 与模拟版本的比较

科学领域:

• 电气工程 电气工程
• 信号处理 信号处理
• 生物医学工程 生物医学工程

背景情况:

• 连续时间异步数据转换器,像模拟到数字和模拟到时间转换器一样,对于处理稀疏的生物信号至关重要.
• 灵感来自神经系统的整合和火转换器 (IFC) 为此类应用提供了潜在的解决方案.

研究的目的:

• 使用130纳米CMOS标准工艺设计和原型两个新的IFC电路:一个基于标准细胞 (SCB) 的开环动态IFC和一个闭环模拟IFC.
• 对两种拟议的IFC设计的性能特征进行比较分析.

主要方法:

• 两个不同的IFC电路的原型设计:一个新的SCB开环动态IFC和一个闭环模拟IFC.
• 使用130纳米CMOS标准工艺进行电路制造.
• 对功率消耗,每脉冲能量,信号幅度和频率范围,转换误差和最大脉冲密度进行比较分析.

主要成果:

• SCB IFC 实现了 59 微瓦的功耗消耗和每脉冲的能量为 18 pJ,远低于模拟 IFC 的 53 微瓦和 1060 pJ.
• 这两种转换器都没有外部时钟运行,处理信号幅度从1.6mV到28mV (SCB) 和0.6mV到2.4mV (模拟),正常化RMS误差低 (<5.2%).
• SCB IFC 的最大脉冲密度为 3300 kHz,远高于模拟 IFC 的 50 kHz.

结论:

• SCB IFC为IFC电路提供了最低的每脉冲能耗之一,突出了其效率.
• 完全差异化的模拟IFC代表了IFC设计领域的新贡献.
• 两种开发的IFC电路在需要高效,无时钟数据转换的应用中都显示出有前途的性能,特别是SCB变种的低能耗和高脉冲密度.