比利時微電子研究中心(imec)於本周舉行的2022年IEEE國際超大型積體電路技術研討會(VLSI Symposium)，發表了一顆具備微縮能力的神經訊號讀取晶片，主打世界最小尺寸的訊號紀錄通道，可用於神經醫學實驗，同步擷取神經元的局部場電位與動作電位。該微晶片採用創新的類比數位轉換架構，透過交流耦合一階差量三角積分(AC-coupled 1st order delta-delta-sigma architecture)的調變設計，可以將微弱的神經類比訊號低失真轉換至數位訊號。超小型通道能直接將輸入訊號進行數位化，可望突破現有技術，打造出更高解析度的生物感測工具。
用來開發多通道人機介面的晶片設計要求嚴苛，低功耗和小尺寸成為關鍵挑戰。近期出現了多種創新的讀取電路設計，滿足上述需求的同時，也要顧及像是雜訊抑制、直流電壓偏移校正、輸入訊號範圍等性能考量。然而，要在這些性能指標之間做出取捨並不容易。直接數位化(Direct digitization)的前端電路在靠近訊號源的那端直接將輸入訊號進行類比數位轉換，據研究顯示，這很可能可以大幅減少所需尺寸，但功耗可能居高不下，在頻寬或直流電壓偏移校正方面，效能也有限。
imec此次發表的神經訊號讀取晶片具備增強型數位化性能，與imec開發的Neuropixels探針相比，展現了更佳的抗躁、功耗與尺寸表現，同時利用交流耦合的差量三角積分調變器，增加訊號感測的動態範圍(Dynamic Range)與直流電壓的偏移容差。
差量三角積分架構還能實現數位訊號具備的多數功能，例如抗疊頻失真的濾波功能。因此，利用22nm FD-SOI製程這類高度微縮化的技術，就可能把通道尺寸大幅微縮至0.005mm2，並提升訊號品質。
