Wyniki 1-8 spośród 8 dla zapytania: authorDesc:"Piotr KMON"

Integrated circuit with tunable bandwidth for neural signal recording

Czytaj za darmo! »

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 μW per channel from ±0.9 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. Streszczenie. Artykuł przedstawia architekturę oraz wstępne pomiary 64-o kanałowego dedykowanego układu scalonego przeznaczonego do pomiaru sygnałów z żywych sieci neuronowych. Układ został wykonany w technologii 180nm. Pojedynczy kanał pobiera 220μW mocy przy zasilaniu ±0.9V. Użytkownik ma możliwość regulacji dolnej i górnej częstotliwości granicznej w zakresie odpowiednio 1 Hz-60 Hz oraz 3.5 kHz-15 kHz. (Scalony układ elektroniczny z regulowanym pasmem częstotliwościowym do pomiarów sygnałów neurobiologicznych) Keywords: low noise amplifier, neural recording, band-pass filter, ASIC Słowa kluczowe: wzmacniacz niskoszumny, sygnały neurobiologiczne, filtr pasmowo-przepustowy, dedykowane układy scalone Introduction Human nervous system is the most complex system that people know. It consists of a vast number of neurons continuously exchanging information about casual life habits like breathing, moving etc. and constantly making computations regarding to entrusted tasks. Thus neuroscientists and neuroprosthetics strive to familiarize with its operation. Neuroscientists in order to understand its operation for usage in a science (medicine, computational algorithms, etc.) while the neuroprosthetics in order to build artificial prostheses for disabled persons. The demand for this kind of knowledge is still growing since there are more modern silicon based technologies, available for ac[...]

Projekt ultraszybkich układów LVDS w technologii nanometrycznej dla potrzeb obrazowania w medycynie DOI:10.12915/pe.2014.05.024

Czytaj za darmo! »

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 . Abstract. 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. (Design of the ultrafast LVDS I/O interface in nanometer process for medical imaging systems). Słowa kluczowe: standard LVDS, nadajnik i odbiornik LVDS, układy scalone, obrazowanie w medycynie. Keywords: LVDS standard, LVDS tra[...]

Analysis of circuits for effective stimulation in neurobiological experiments DOI:10.15199/48.2016.11.27

Czytaj za darmo! »

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. Streszczenie. 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. (Analiza układów elektronicznych do efektywnej stymulacji w eksperymentach neurobiologicznych). Keywords: stimulation, artifacts, neurobiological experiments. Słowa kluczowe: stymulacja, artefakty, eksperymenty neurobiologiczne. Introduction Dedicated integrated circuits for stimulation and recording in neurobiological experiments are important tools that allow for better understanding of the nervous system operation. Additionally, these circuits enable the development of methods for the treatment of neural diseases (such as epilepsy, depression, blindness and Parkinson disease) and the construction of brain-computer interfaces that facilitate the daily functioning of disabled people [1, 2]. Electrical properties of the electrodes used in microelectrode arrays, together with the parameters of stimulus pulses (necessary to initiate the action potential), cause the presence of residual voltage on the electrode. As a result, this leads to the risk of saturation of recording amplifier and the lack of possibility of cell response recording throughout periods on the order of few milliseconds after the end of stimulus pulse (so called “stimulation artifacts"). The minimization of duration of the artifacts (“dead time"[...]

An universal test station for multichannel integrated neural amplifiers based on LabVIEW environment DOI:10.15199/48.2016.11.29

Czytaj za darmo! »

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. Streszczenie. 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. (Projekt uniwersalnego stanowiska do testów wielokanałowych scalonych wzmacniaczy sygnałów neurobiologicznych opartego o środowisko LabVIEW). Keywords: multichannel integrated circuits, test procedures, multifunction measurement card, LabVIEW. Słowa kluczowe: wielokanałowe układy scalone, testowanie, wielofunkcyjna karta pomiarowa, LabVIEW. Introduction Current technology progress allows to develop integrated systems for various types of applications that can be used in physics, biomedicine or industry. These systems can be built of microsensors that are combined with integrated electronics occupying small area and having complex functionality (i.e. ability to adjust their main parameters in a wide range). Furthermore, these devices may consist of hundreds of active sites that can be controlled individually. As a result to develop a final system one needs to perform wide range of tests covering a device m[...]

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

Czytaj za darmo! »

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. Abstract. 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 c[...]

Low noise and low power multichannel integrated circuit for recording neural spikes and LFP signals


  Availability of the modern submicron technologies makes it possible to build small integrated systems covering broad range of the researches. For instance, BioMEMS and ASIC technologies are used to build systems dedicated for exploring the specific areas of human nervous systems. These projects employ micromachined electrodes combined with integrated electronics in order to record or stimulate neural network activity [1, 2]. Such neurobiology experiments are led in order to answer many questions referring to the human nervous system, i.e. how it processes information, how the diseases such as Parkinson or epilepsy originates, how new medicines influence the nervous system, etc. [3, 4]. Many researches also consider employing modern integrated technologies to build system for disabled persons. These systems are called BCI’s (Brain Controlled Interface) and first positive results have been reported [5]. Many of these experiments need to record neurobiological signals, some of them involve only systems with an ability to generate stimulation pulses. Nevertheless, there are many studies which require both recording the neurobiological signals and stimulating the neural networks. Additionally, systems requiring the recording ability also need to deal with different types of neurobiological signals differing from each other with voltage amplitudes and frequency bands [6]. Thus it requires from one to build a system that will give a user ability to change the frequency band and the voltage gain according to the requirements of the experiment. Furthermore, the more signals are recorded simultaneously the better the spatial resolution of the experiment is and the better is the understanding of the observed processes. This involves using multichannel architecture of neurobiological readout systems. Thus one has to also consider the spread from channel to channel of the main parameters of such a multichannel ASIC. Based on our exp[...]

Efficient neural amplifiers using MOS and MIM capacitors in 180 nm CMOS process (Wzmacniacze sygnałów neurobiologicznych o bardzo małej powierzchni wykorzystujące pojemności MOS i MIM wykonane w technologii CMOS 180 nm)


  Access to modern technologies made it possible to build minimally invasive monitoring systems for observing electrical activity of specific brain areas. Such systems have already been presented as promising tools in diagnosing, detecting and identifying neural patterns that are specific to behavioral phenomenon [1, 2]. In particular, there is a need to develop brain machine interfaces that could help people suffering from neurological disorders such as blindness, spinal cord injuries, dystonia, tremor, Parkinson’s disease and some of such systems have already been reported [3, 4]. One of the main requirements of such a system is that it should be chronically implantable, occupy small area and have wireless capabilities.The Fig. 1 shows a conceptual scheme of an Integrated Circuit (IC) that can be employed in such a system. It may be built of a multielectrode array (MEA) that have to be bump bonded with an IC. The most popular are MEAs proposed by University of Utah [5] where interelectrode pitch is 400 μm. To satisfy functionality requirements such systems should comprise many operating blocks like recording and stimulating units, data compression, wireless power and data transmission or neural pattern classification. A crucial part of such systems is a neural recording amplifier that have to fulfill strict requirements regarding to the low noise and low power operation. Furthermore, taking into account large functionality of the final system, the recording channel should occupy a small silicon area. Nevertheless, because recording channel should have ability to form a frequency bandwidth in a very broad range (i.e. lower cut-off frequency should be tuned from mHz up to the hundreds of Hz) methods to minimize area occupied by the filters should be introduced. Based on our experience in designing multichannel systems for neurobiology applications [6-8] and in utilizing modern submicron processes [9], we propose to us[...]

System do wielokanałowej rejestracji elektrycznej aktywności tkanki nerwowej In Vivo z użyciem matryc mikroelektrod DOI:10.12915/pe.2014.05.042

Czytaj za darmo! »

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. Abstract. 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. (System for multi-channel recording of electrical activity of nerve tissue In Vivo by microelectrode array usage). Słowa kluczowe: układ scalony, sygnały neuronowe, tkanka nerwowa, akwizycja sygnałów, kondycjonowanie sygnałów. Keywords: integrated circuit, neural signals, nerve tissue, signal acquisition, signal conditioning. doi:10.12915/pe.2014.05.42 Wstęp Badanie aktywności elektrycznej tkanki nerwowej a w szczególności mózgu oprócz waloru poznawczego ma również aspekt praktyczny. Dzięki postępowi w technologii BIOMEMS (z ang. biomedical microelectromechanical systems) możliwa stała się jednoczesna rejestracja elektrycznej aktywności tkanki nerwowej z kilkudziesięciu lub nawet kilkuset punktów. Rejestracja ta odbywa się za pomocą matryc mikroelektrod (z ang. microelectrode arrays, MEA). Wyróżnia się dwa główne rodzaje MEA, a mianowicie płaskie[...]

 Strona 1