Δ-Kodierung zur Reduzierung der Datenrate in neuronalen Sonden mit In-Situ Δ-Σ Analog-Digital-Wandler Front-End

Abstract:
In diesem Beitrag wird eine Methode zur Reduzierung der Datenrate in vollintegrierten neuronalen CMOS Sonden mit lokaler Digitalisierung vorgestellt, welche auf einer digitalen Δ-Kodierung beruht. Eine Analyse von neuronalen Signalen, die bei in-vivo Experimenten aufgezeichnet wurden, ergab, dass mit diesem Kompressionsverfahren die Datenrate um 36 % hinsichtlich eines Messbereichs von ±11.25 mV und einer Auflösung von 11 Bit verringert werden kann. Die Δ-Kodierung kann Off-Chip bestimmt werden oder direkt in den Dezimationsfilter eines inkrementellen Δ-Σ A/D-Umsetzer integriert werden, welcher sich unter jeder Elektrode auf dem Schaft der Sonde befindet. Eine Flächenabschätzung des Dezimationsfilters durch Synthese in einer 180 nm Technologie ergab eine um 34 % verringerte Fläche bei Verwendung der Δ-Kodierung. Um bei der DC-gekoppelten neuronalen Sonde das Potential der Referenzelektrode zu regeln, werden die unkomprimierten Rohdaten benötigt. Da die Δ-Kodierung verlustbehaftet ist, wird ein initialer Referenzsweep vorgestellt, der die Regelung ermöglicht. Dies wird mit Messungen in einer phosphatgepufferten Salzlösung validiert.