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比利時微電子研究中心（imec）于2022年IEEE國際大型集成電路技術研討會（VLSI Symposium），它發(fā)布了一個具有微縮能力的神經信號讀取芯片，專注于世界上最小尺寸的信號記錄信道，可用于神經醫(yī)學實驗，同時捕捉神經元的局部場電位和動作電位。

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微芯片采用創(chuàng)新的模擬數字轉換架構，通過交流耦合三角形積分（AC-coupled 1st order delta-delta-sigma architecture）可將微弱的神經模擬信號低失真轉換為數字信號。超小信道可以直接數字化輸入信號，有望突破現(xiàn)有技術，創(chuàng)造更高分辨率的生物感知工具。

開發(fā)多信道人機接口的芯片設計要求嚴格，低功耗、小尺寸成為關鍵挑戰(zhàn)。近年來，出現(xiàn)了各種創(chuàng)新的讀取電路設計滿足了上述需求，又考慮了噪聲抑制、直流電壓偏移校正、輸入信號范圍等性能。然而，在這些性能指針之間做出選擇并不容易。直接數字化（direct digitization）前端電路直接在信號源附近轉換輸入信號進行模擬數字。研究表明，這可能會大大降低所需的尺寸，但功耗可能很高，效率有限。

imec此次發(fā)布的神經信號讀取芯片具有增強的數字性能imec開發(fā)的Neuropixels與探針相比，它顯示出更好的耐躁性、功耗和尺寸性能。同時，利用交流耦合差三角形積分調變器，增加信號感知的動態(tài)范圍（dynamic range）與直流電壓的偏移容差。

imec人機接口電路（the Circuits for Neural Interfaces Team）研究計劃主持人Carolina Mora Lopez該開發(fā)的電路設計成功地集成了交流耦合和直接數字技術（rail-to-rail）直流電壓偏移校正功能，輸入信號的范圍也增加到43mVpp，比其他交流耦合設計要好。這些性能非常重要，不僅可以避免通道飽和，還可以允許動作或刺激干擾引起的信號失真。這些性能非常重要，它們不僅可以避免通道飽和，還可以允許由動作或刺激干擾引起的信號失真。信號輸入端的交流耦合設計可以進一步降低功耗，因為只有交流信號才會數字化，所以每個通道的總功率只有8.34μWCitizen代理。

差量三角形積分架構還可以實現(xiàn)數字信號的大部分功能，如抗迭頻失真濾波功能。因此，使用22nmFD-SOI高度微縮化的技術，如工藝，可以將通道尺寸大幅縮小到0.005平方厘米（mm二、提高信號質量。

Carolina Mora Lopez綜上所述，本次發(fā)布的最新電路設計具有微縮和高度數字化的特點，可以縮小芯片尺寸，降低功耗，同時顯示神經信號的優(yōu)異性能，為開發(fā)更小尺寸的多電極探針鋪平道路，促進神經科學。