KCI우수등재
초전도 나노와이어 단일 광자 검출기를 위한 에너지 스케일링 가능한 극저온 부동 인버터 증폭기 기반의 Readout 회로 = A Readout Circuit for Superconducting Nanowire Single Photon Detector using a Cryogenic Energy-scalable Floating Inverter Amplifier
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발행기관
학술지명
전자공학회논문지(Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers )
권호사항
발행연도
2023
작성언어
Korean
주제어
등재정보
KCI우수등재
자료형태
학술저널
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수록면
104-110(7쪽)
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본 논문에서는 입력 차이에 따라 자동으로 에너지를 조절할 수 있는 floating inverter amplifier (FIA)를 제안한다. 에너지 스케일링이 가능한 FIA는 기존 FIA의 전류 재사용 기법으로 전류 효율을 개선하면서 중복되는 에너지 소비를 절약할 수 있다. 이는 비주기적으로 발생하는 펄스 신호를 감지하는 응용 분야에서 특히 유리하다. 본 연구에서는 초전도 나노와이어 단일 광자 검출기 (SNSPD)를 위한 극저온 아날로그 프론트 엔드에 제안하는 FIA를 65 nm CMOS 기술로 구현하여 개선된 에너지 효율성을 입증하였다. 4.2 K의 온도에서, 이 readout은 1 GHz의 속도로 동작하며 1.2 V 전원에서 21.0 μW의 전력을 소비하며, 이는 기존 FIA로 구성된 readout 시스템의 23.0 μW 대비 약 8.33 % 더 적은 전력 소비를 나타낸다.
더보기This paper presents a floating inverter amplifier (FIA) that enables automatic energy scaling based on its input difference. The energy-scalable FIA saves redundant energy consumption while maintaining the current-efficiency improvement achieved by the current-reuse technique in conventional FIA. It can be particularly advantageous in applications detecting sparse pulse signals. We demonstrate the presented FIA's enhanced energy-efficiency by implementing it in a cryogenic analog-front-end for a superconducting nanowire single photon detector (SNSPD) in 65 nm CMOS technology. At 4.2 K, the readout operates at a maximum speed of 1 GHz while consuming 21.0 μW from 1.2 V supply, which is approximately 8.33 % less power consumption than the readout system consists of the conventional FIA that consumes 23.0 μW.
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