تکنیک‌های طراحی مدار مجتمع آنالوگ برای پردازش سیگنال‌های زیست‌پزشکی با نانو توان ۲۰۲۲
Analog IC Design Techniques for Nanopower Biomedical Signal Processing 2022

با توجه به نیاز روزافزون به مصرف توان پایین و ابعاد فیزیکی بسیار کوچک در تجهیزات پزشکی قابل حمل، پوشیدنی و کاشتنی، طراحی مدارهای مجتمع با استفاده از ماسفت‌هایی که در ناحیه زیرآستانه کار می‌کنند، اهمیت ویژه‌ای یافته است. این کتاب، ابتدا به بازبینی برخی از تکنیک‌های مداری شناخته‌شده می‌پردازد که از قطعات CMOS بایاس‌شده در ناحیه زیرآستانه، برای ایجاد مدارهای مجتمع با توان نانو استفاده می‌کنند، تا مبانی طراحی مدارهای مجتمع با توان نانو را بنا نهد.

بر اساس این یافته‌ها، کتاب حاضر، توسعه یک مدار نمونه‌بردار-نگهدار مرتبه AB با مد جریان را نشان می‌دهد که مرتبه‌ای از بزرگی، بهبود در معیار سنجش عملکرد نسبت به پیشرفته‌ترین طرح‌های موجود دارد. همچنین، مفاهیم و رویه‌های طراحی ۱) فیلترهای تک‌شاخه ۲) فیلترهای پایین‌گذر مبتنی بر پیرو-انتگرال‌ساز و ۳) تکنیک‌های کاهش ترارساناایی پیمانه‌ای برای فیلترهای فرکانس بسیار پایین ارائه شده است.

در نهایت، برای برآورده کردن نیاز به دامنه سیگنال بسیار بزرگ در یک آشکارساز پتانسیل عمل مبتنی بر انرژی، یک ضرب‌کننده آنالوگ مد جریان مرتبه AB با توان نانو طراحی شده است تا بتواند دامنه‌های جریان ورودی بیش از ۱۰ برابر جریان بایاس مدار ضرب‌کننده را مدیریت کند. مدارهای فیلتر ابداع‌شده، در یک فرایند CMOS استاندارد ۰.۱۸ میکرومتری ساخته شده‌اند تا مفاهیم مداری و رویه‌های طراحی ما را تأیید کنند. نتایج تجربی آن‌ها نیز گزارش شده است.

As the requirements for low power consumption and very small physical dimensions in portable, wearable and implantable medical devices are calling for integrated circuit design techniques using MOSFETs operating in the subthreshold regime, this book first revisits some well-known circuit techniques that use CMOS devices biased in subthreshold in order to establish nanopower integrated circuit designs. Based on the these findings, this book shows the development of a class-AB current-mode sample-and-hold circuit with an order of magnitude improvement in its figure of merit compared to other state-of-the-art designs. Also, the concepts and design procedures of 1) single-branch filters 2) follower-integrator-based lowpass filters and 3) modular transconductance reduction techniques for very low frequency filters are presented. Finally, to serve the requirement of a very large signal swing in an energy-based action potential detector, a nanopower class-AB current-mode analog multiplier is designed to handle input current amplitudes of more than 10 times the bias current of the multiplier circuit. The invented filter circuits have been fabricated in a standard 0.18 μ CMOS process in order to verify our circuit concepts and design procedures. Their experimental results are reported.