JSSC 2021第6期Digital Circuits0.35 µm CMOSNeural Network Accelerator

18 Four-Channel Differential Lock-in Amplifiers With Autobalancing Network for S

介绍了一种用于快速受激拉曼散射显微镜的多通道集成电路，支持高帧率多频同时测量。

10 ppm SRS信号测量，输入光功率范围50–600 µW，像素停留时间30 µs

多通道集成电路受激拉曼散射锁定放大器自动平衡CMOS技术

▸创新点1：四通道差分读出系统采用全差分电压减法器和锁定解调器，实现了对10 ppm级别SRS信号的高灵敏度检测，显著提升了多频段同步测量的信噪比和动态范围。

▸创新点2：自动平衡网络通过模拟反馈环路在±30%输入功率失配范围内实现快速自平衡，将像素驻留时间缩短至30 µs，比传统方法提升225倍，解决了光学功率波动带来的信号失真问题。

▸创新点3：基于锁定放大技术的快速信号处理架构，结合低噪声前置放大器和可变增益放大器，支持1帧/秒以上的高帧率成像，为SRS显微镜提供了实时多光谱成像能力。

▸创新点4：采用AMS 0.35 µm CMOS工艺集成四通道系统，将光学读出与电子处理模块协同设计，实现了芯片级微型化与低功耗（未明确数据），为便携式显微镜设备奠定基础。

Abstract

We introduce a multi-channel integrated circuit for fast stimulated Raman scattering (SRS) microscopy on multiple simultaneous frequencies at a frame rate higher than 1 frame/s. The chip is a four-channel differential readout system, based on the lock-in technique. It is able to measure down to 10 ppm SRS signal, over a wide range of input optical powers (50–600 µWp e r channel), with a pixel dwell time of only 30 µs. Each acquisition channel includes two low-noise preampliﬁers, two variable-gai