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改进的电荷泵设计与CMOS 256像素光伏供电视网膜下假体芯片的离体实验验证
摘要： 本文提出了一种改进的256像素光伏供电视网膜下植入芯片设计方案。该视网膜下芯片集成了高效全集成4×电荷泵，与片上光伏电池、256像素有源像素传感器阵列（用于图像光感测）、双相恒流刺激器及电极协同工作。通过该设计，红外光产生的光伏电压可提升至1V以上，从而增强电荷注入量。芯片采用32相分压供电方案（DPSS）以降低所需供电电流，进而减小光伏电池面积。该芯片基于180纳米CMOS工艺设计制造，并经过图像传感器生物相容性IrOx电极和硅胶封装的后道工艺处理。电学测试结果显示：在等效电极阻抗负载下，实测刺激频率为28.3Hz；当图像光强为3200勒克斯、红外光强为100mW/cm2时，实测最大输出刺激电流为7.1μA，单像素注入电荷量为7.36nC。通过离体实验进一步验证了芯片功能——利用多电极阵列（MEA）记录视网膜退化（rd1）小鼠视网膜神经节细胞（RGCs）的电生理响应，测得平均阈值注入电荷量约为3.97nC，该数值与野生型（C57BL/6）小鼠视网膜在单电极对钳制记录中获得的数值一致。
关键词： 生物相容性封装、分压供电方案、多电极阵列、电荷泵、光伏电池
更新于2025-09-11 14:15:04
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通过提高泵送效率实现相变材料（PCM）的节能降耗
摘要： 新兴的相变存储器（PCM）因其更高的可扩展性和更低的漏电功耗，被视为取代DRAM成为下一代主存储器的有力候选方案。然而，高写入功耗已成为采用PCM作为主存储器的主要挑战。除了向PCM单元写入需要高写入电流和电压外，电荷泵中的电流损耗也是高功耗的重要组成部分。PCM芯片的泵浦效率是写入电流的凹函数。利用该凹函数的特性，若使写入电流均匀化，就能提升整体泵浦效率。本文提出一种峰均比（PTA）写入方案，通过重新分组写入单元来平滑写入电流波动。具体而言，我们根据写入单元从末级缓存（LLC）被逐出时的数值计算其电流需求。当写入单元在内存控制器中等待时，我们通过LLC辅助的PTA方法对写入单元进行重新分组，以实现电流均匀化的目标。实验结果表明，相比基线方案，LLC辅助的PTA方案实现了13.4%的整体节能效果。
关键词： 泵送效率，重写编组，相变存储器（PCM），电荷泵
更新于2025-09-10 09:29:36
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0.13微米CMOS中单光子雪崩二极管击穿偏置的全集成电荷泵设计优化
摘要： 本文描述了一种适用于单光子雪崩二极管（SPAD）片上高压反向偏置的面积优化集成电荷泵设计方法。该高压生成?？椴捎猛ㄓ?.13微米CMOS工艺实现，能以1.8V输入电压产生最高17.7V的稳压输出。通过具有动态充放电能力的开关调节方案，电荷泵可在SPAD瞬态过程中快速恢复输出偏置电压——在主动淬灭和复位阶段必须同时修正过冲与下冲。实测表明：当SPAD雪崩电流脉冲结束后，系统从150mV过冲和500mV下冲状态恢复至99%稳态输出仅需500纳秒。所实现的SPAD偏置生成系统仅占用0.175平方毫米芯片面积，且无需片外负载电容。
关键词： 单光子雪崩二极管、电荷泵、高压产生、SPAD
更新于2025-09-09 09:28:46