초전도 나노와이어 단일 광자 검출기를 위한 에너지 스케일링 가능한 극저온 부동 인버터 증폭기 기반의 Readout 회로

Abstract

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.