A Methodology to Derive a Symbolic Transfer Function for Multistage Amplifiers

In this paper, a simple while effective methodology to calculate the symbolic transfer function of a multistage amplifier with frequency compensation is proposed. Three general amplifier models are introduced and analyzed, which represent basic topologies found in the literature. For these amplifier models, the symbolic transfer function is derived and specific strategies for the zero and non-dominant pole expressions are presented. The methodology is suited for hand calculations and yields accurate results while offering more intuition into the operation of the widely adopted frequency compensation solutions discussed in the literature. The effectiveness of the proposed approach is validated through various typical cases of study

Integrated Distributed Amplifiers for Ultra-Wideband BiCMOS Receivers Operating at Millimeter-Wave Frequencies

Millimetre-wave technology is used for applications such as telecommunications and imaging. For both applications, the bandwidth of existing systems has to be increased to support higher data rates and finer imaging resolutions. Millimetrewave circuits with very large bandwidths are developed in this thesis. The focus is put on amplifiers and the on-chip integration of the amplifiers with antennas. Circuit prototypes, fabricated in a commercially available 130nm Silicon-Germanium (SiGe) Bipolar Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (BiCMOS) process, validated the developed techniques. Cutting-edge performances have been achieved in the field of distributed and resonant-matched amplifiers, as well as in that of the antenna-amplifier co-integration. Examples are as follows: - A novel cascode gain-cell with three transistors was conceived. By means of transconductance peaking towards high frequencies, the losses of the synthetic line can be compensated up to higher frequencies. The properties were analytically derived and explained. Experimental demonstration validated the technique by a Traveling-Wave Amplifier (TWA) able to produce 10 dB of gain over a frequency band of 170GHz.# - Two Cascaded Single-Stage Distributed Amplifiers (CSSDAs) have been demonstrated. The first CSSDA, optimized for low power consumption, requires less than 20mW to provide 10 dB of gain over a frequency band of 130 GHz. The second amplifier was designed for high-frequency operation and works up to 250 GHz leading to a record bandwidth for distributed amplifiers in SiGe technology. - The first complete CSSDA circuit analysis as function of all key parameters was presented. The typical degradation of the CSSDA output matching towards high frequencies was analytically quantified. A balanced architecture was then introduced to retain the frequency-response advantages of CSSDAs and yet ensure matching over the frequency band of interested. A circuit prototype validated experimentally the technique. - The first traveling-wave power combiner and divider capable of operation from the MHz range up to 200 GHz were demonstrated. The circuits improved the state of the art of the maximum frequency of operation and the bandwidth by a factor of five. - A resonant-matched balanced amplifier was demonstrated with a centre frequency of 185 GHz, 10 dB of gain and a 55GHz wide –3 dB-bandwidth. The power consumption of the amplifier is 16.8mW, one of the lowest for this circuit class, while the bandwidth is the broadest reported in literature for resonant-matched amplifiers in SiGe technology

Analog baseband circuits for WCDMA direct-conversion receivers

This thesis describes the design and implementation of analog baseband circuits for low-power single-chip WCDMA direct-conversion receivers. The reference radio system throughout the thesis is UTRA/FDD. The analog baseband circuit consists of two similar channels, which contain analog channel-select filters, programmable-gain amplifiers, and circuits that remove DC offsets. The direct-conversion architecture is described and the UTRA/FDD system characteristics are summarized. The UTRA/FDD specifications define the performance requirement for the whole receiver. Therefore, the specifications for the analog baseband circuit are obtained from the receiver requirements through calculations performed by hand. When the power dissipation of an UTRA/FDD direct-conversion receiver is minimized, the design parameters of an all-pole analog channel-select filter and the following Nyquist rate analog-to-digital converter must be considered simultaneously. In this thesis, it is shown that minimum power consumption is achieved with a fifth-order lowpass filter and a 15.36-MS/s Nyquist rate converter that has a 7- or 8-bit resolution. A fifth-order Chebyshev prototype with a passband ripple of 0.01 dB and a −3-dB frequency of 1.92-MHz is adopted in this thesis. The error-vector-magnitude can be significantly reduced by using a first-order 1.4-MHz allpass filter. The selected filter prototype fulfills all selectivity requirements in the analog domain. In this thesis, all the filter implementations use the opamp-RC technique to achieve insensitivity to parasitic capacitances and a high dynamic range. The adopted technique is analyzed in detail. The effect of the finite opamp unity-gain bandwidth on the filter frequency response can be compensated for by using passive methods. Compensation schemes that also track the process and temperature variations have been developed. The opamp-RC technique enables the implementation of low-voltage filters. The design and simulation results of a 1.5-V 2-MHz lowpass filter are discussed. The developed biasing scheme does not use any additional current to achieve the low-voltage operation, unlike the filter topology published previously elsewhere. Methods for removing DC offsets in UTRA/FDD direct-conversion receivers are presented. The minimum areas for cascaded AC couplings and DC-feedback loops are calculated. The distortion of the frequency response of a lowpass filter caused by a DC-feedback loop connected over the filter is calculated and a method for compensating for the distortion is developed. The time constant of an AC coupling can be increased using time-constant multipliers. This enables the implementation of AC couplings with a small silicon area. Novel time-constant multipliers suitable for systems that have a continuous reception, such as UTRA/FDD, are presented. The proposed time-constant multipliers only require one additional amplifier. In an UTRA/FDD direct-conversion receiver, the reception is continuous. In a low-power receiver, the programmable baseband gain must be changed during reception. This may produce large, slowly decaying transients that degrade the receiver performance. The thesis shows that AC-coupling networks and DC-feedback loops can be used to implement programmable-gain amplifiers, which do not produce significant transients when the gain is altered. The principles of operation, the design, and the practical implementation issues of these amplifiers are discussed. New PGA topologies suitable for continuously receiving systems have been developed. The behavior of these circuits in the presence of strong out-of-channel signals is analyzed. The interface between the downconversion mixers and the analog baseband circuit is discussed. The effect of the interface on the receiver noise figure and the trimming of mixer IIP2 are analyzed. The design and implementation of analog baseband circuits and channel-select filters for UTRA/FDD direct-conversion receivers are discussed in five application cases. The first case presents the analog baseband circuit for a chip-set receiver. A channel-select filter that has an improved dynamic range with a smaller supply current is presented next. The third and fifth application cases describe embedded analog baseband circuits for single-chip receivers. In the fifth case, the dual-mode analog baseband circuit of a quad-mode receiver designed for GSM900, DCS1800, PCS1900, and UTRA/FDD cellular systems is described. A new, highly linear low-power transconductor is presented in the fourth application case. The fourth application case also describes a channel-select filter. The filter achieves +99-dBV out-of-channel IIP2, +45-dBV out-of-channel IIP3 and 23-μVRMS input-referred noise with 2.6-mA current from a 2.7-V supply. In the fifth application case, a corresponding performance is achieved in UTRA/FDD mode. The out-of-channel IIP2 values of approximately +100 dBV achieved in this work are the best reported so far. This is also the case with the figure of merits for the analog channel-select filter and analog baseband circuit described in the fourth and fifth application cases, respectively. For equal power dissipation, bandwidth, and filter order, these circuits achieve approximately 10 dB and 15 dB higher spurious-free dynamic ranges, respectively, when compared to implementations that are published elsewhere and have the second best figure of merits.reviewe

Analog baseband circuits for sensor systems

This thesis is composed of six publications and an overview of the research topic, which also summarizes the work. The research presented in this thesis focuses on research into analog baseband circuits for sensor systems. The research is divided into three different topics: the integration of analog baseband circuits into a radio receiver for sensor applications; the integration of an ΔΣ modulator A/D converter into a GSM/WCDMA radio receiver for mobile phones, and the integration of algorithmic A/D converters for a capacitive micro-accelerometer interface. All the circuits are implemented using deep sub-micron CMOS technologies. The work summarizes the design of different blocks for sensor systems. The research into integrated analog baseband circuits for a radio receiver focuses on a circuit structures with a very low power dissipation and that can be implemented using only standard CMOS technologies. The research into integrated ΔΣ modulator A/D converter design for a GSM/WCDMA radio receiver for mobile phones focuses on the implications for analog circuit design emerging from using a very deep sub-micron CMOS process. Finally, in the research into algorithmic A/D converters for a capacitive microaccelerometer interface, new ways of achieving a good performance with low power dissipation, while also minimizing the silicon area of the integrated A/D converter are introduced

Ultra-low power mixed-signal frontend for wearable EEGs

Electronics circuits are ubiquitous in daily life, aided by advancements in the chip design industry, leading to miniaturised solutions for typical day to day problems. One of the critical healthcare areas helped by this advancement in technology is electroencephalography (EEG). EEG is a non-invasive method of tracking a person's brain waves, and a crucial tool in several healthcare contexts, including epilepsy and sleep disorders. Current ambulatory EEG systems still suffer from limitations that affect their usability. Furthermore, many patients admitted to emergency departments (ED) for a neurological disorder like altered mental status or seizures, would remain undiagnosed hours to days after admission, which leads to an elevated rate of death compared to other conditions. Conducting a thorough EEG monitoring in early-stage could prevent further damage to the brain and avoid high mortality. But lack of portability and ease of access results in a long wait time for the prescribed patients. All real signals are analogue in nature, including brainwaves sensed by EEG systems. For converting the EEG signal into digital for further processing, a truly wearable EEG has to have an analogue mixed-signal front-end (AFE). This research aims to define the specifications for building a custom AFE for the EEG recording and use that to review the suitability of the architectures available in the literature. Another critical task is to provide new architectures that can meet the developed specifications for EEG monitoring and can be used in epilepsy diagnosis, sleep monitoring, drowsiness detection and depression study. The thesis starts with a preview on EEG technology and available methods of brainwaves recording. It further expands to design requirements for the AFE, with a discussion about critical issues that need resolving. Three new continuous-time capacitive feedback chopped amplifier designs are proposed. A novel calibration loop for setting the accurate value for a pseudo-resistor, which is a crucial block in the proposed topology, is also discussed. This pseudoresistor calibration loop achieved the resistor variation of under 8.25%. The thesis also presents a new design of a curvature corrected bandgap, as well as a novel DDA based fourth-order Sallen-Key filter. A modified sensor frontend architecture is then proposed, along with a detailed analysis of its implementation. Measurement results of the AFE are finally presented. The AFE consumed a total power of 3.2A (including ADC, amplifier, filter, and current generation circuitry) with the overall integrated input-referred noise of 0.87V-rms in the frequency band of 0.5-50Hz. Measurement results confirmed that only the proposed AFE achieved all defined specifications for the wearable EEG system with the smallest power consumption than state-of-art architectures that meet few but not all specifications. The AFE also achieved a CMRR of 131.62dB, which is higher than any studied architectures.Open Acces

Distributed Circuit Analysis and Design for Ultra-wideband Communication and sub-mm Wave Applications

This thesis explores research into new distributed circuit design techniques and topologies, developed to extend the bandwidth of amplifiers operating in the mm and sub-mm wave regimes, and in optical and visible light communication systems. Theoretical, mathematical modelling and simulation-based studies are presented, with detailed designs of new circuits based on distributed amplifier (DA) principles, and constructed using a double heterojunction bipolar transistor (DHBT) indium phosphide (InP) process with fT =fmax of 350/600 GHz. A single stage DA (SSDA) with bandwidth of 345 GHz and 8 dB gain, based on novel techniques developed in this work, shows 140% bandwidth improvement over the conventional DA design. Furthermore, the matrix-single stage DA (M-SSDA) is proposed for higher gain than both the conventional DA and matrix amplifier. A two-tier M-SSDA with 14 dB gain at 300 GHz bandwidth, and a three-tier M-SSDA with a gain of 20 dB at 324 GHz bandwidth, based on a cascode gain cell and optimized for bandwidth and gain flatness, are presented based on full foundry simulation tests. Analytical and simulation-based studies of the noise performance peculiarities of the SSDA and its multiplicative derivatives are also presented. The newly proposed circuits are fabricated as monolithic microwave integrated circuits (MMICs), with measurements showing 7.1 dB gain and 200 GHz bandwidth for the SSDA and 12 dB gain at 170 GHz bandwidth for the three-tier M-SSDA. Details of layout, fabrication and testing; and discussion of performance limiting factors and layout optimization considerations are presented. Drawing on the concept of artificial transmission line synthesis in distributed amplification, a new technique to achieve up to three-fold improvement in the modulation bandwidth of light emitting diodes (LEDs) for visible light communication (VLC) is introduced. The thesis also describes the design and application of analogue pre-emphasis to improve signal-to-noise ratio in bandwidth limited optical transceivers

Design of CMOS transimpedance amplifiers for remote antenna units in fiber-wireless systems.

La memoria de la tesis doctoral: Diseño de Amplificadores de Transimpedancia para Unidades de Antena Remota en Sistemas Fibra-Inalámbrico, se presenta en la modalidad de compendio de Publicaciones. A continuación, se expone un resumen del contexto, motivation y objetivos de la tesis.A lo largo de las últimas décadas, los avances tecnológicos y el esfuerzo por desarrollar nuevos sistemas de comunicaciones han crecido al ritmo que la demanda de información aumentaba a nivel mundial. Desde la aparición de Internet, el tráfico global de datos ha incrementado de forma exponencial y se han creado infinidad de aplicaciones y contenidos desde entonces.Con la llegada de la fibra óptica se produjo un avance muy significativo en el campo de las comunicaciones, ya que la fibra de vidrio y sus características fueron la clave para crear redes de largo alcance y alta velocidad. Por otro lado, los avances en las tecnologías de fabricación de circuitos integrados y de dispositivos fotónicos de alta velocidad han encabezado el desarrollo de los sistemas de comunicaciones ópticos, logrando incrementar la tasa de transmisión de datos hasta prácticamente alcanzar el ancho de banda de la fibra óptica.Para conseguir una mayor eficiencia en las comunicaciones y aumentar la tasa de transferencia, se necesitan métodos de modulación complejos que aprovechen mejor el ancho de banda disponible. No obstante, esta mayor complejidad de la modulación de los datos requiere sistemas con mejores prestaciones en cuanto a rango dinámico y linealidad. Estos esquemas de modulación se emplean desde hace tiempo en los sistemas de comunicaciones inalámbricos, donde el ancho de banda del canal, el aire, es extremadamente limitado y codiciado.Actualmente, los sistemas inalámbricos se enfrentan a una saturación del espectro que supone un límite a la tasa de transmisión de datos. Pese a los esfuerzos por extender el rango frecuencial a bandas superiores para aumentar el ancho de banda disponible, se espera un enorme aumento tanto en el número de dispositivos, como en la cantidad de datos demandados por usuario.Ante esta situación se han planteado distintas soluciones para superar estas limitaciones y mejorar las prestaciones de los sistemas actuales. Entre estas alternativas están los sistemas mixtos fibra-inalámbrico utilizando sistemas de antenas distribuidas (DAS). Estos sistemas prometen ser una solución económica y muy efectiva para mejorar la accesibilidad de los dispositivos inalámbricos, aumentando la cobertura y la tasa de transferencia de las redes a la vez que disminuyen las interferencias. El despliegue de los DAS tendrá un gran efecto en escenarios tales como edificios densamente poblados, hospitales, aeropuertos o edificios de oficinas, así como en áreas residenciales, donde un gran número de dispositivos requieren una cada vez mayor interconectividad.Dependiendo del modo de transmisión de los datos a través de la fibra, los sistemas mixtos fibra-inalámbrico se pueden categorizar de tres formas distintas: Banda base sobre fibra (BBoF), radiofrecuencia sobre fibra (RFoF) y frecuencia intermedia sobre fibra (IFoF). Actualmente, el esquema BBoF es el más utilizado para transmisiones de larga y media distancia. No obstante, utilizar este esquema en un DAS requiere unidades de antena remota (RAU) complejas y costosas, por lo que no está claro que esta configuración pueda ser viable en aplicaciones de bajo coste que requieran de un gran número de RAUs. Los sistemas RFoF e IFoF presentan esquemas más simples, sin necesidad de integrar un modulador/demodulador, puesto que la señal se procesa en una estación base y no en las propias RAUs.El desarrollo de esta tesis se enmarca en el estudio de los distintos esquemas de DAS. A lo largo de esta tesis se presentan varias propuestas de amplificadores de transimpedancia (TIA) adecuadas para su implementación en cada uno de los tres tipos de RAU existentes. La versatilidad y el amplio campo de aplicación de este circuito integrado, tanto en comunicaciones como en otros ámbitos, han motivado el estudio de la implementación de este bloque específico en las diferentes arquitecturas de RAU y en otros sistemas, tales como un receptor de televisión por cable (CATV) o una interfaz de un microsensor inercial capacitivo.La memoria de tesis se ha dividido en tres capítulos. El Capítulo 1 se ha empleado para introducir el concepto de los DAS, proporcionando el contexto y la motivación del diseño de las RAU, partiendo desde los principios básicos de operación de los dispositivos fotónicos y electrónicos y presentando las distintas arquitecturas de RAU. El Capítulo 2 supone el núcleo principal de la tesis. En este capítulo se presenta el estudio y diseño de los diferentes TIAs, que han sido optimizados respectivamente para cada una de las configuraciones de RAU, así como para otras aplicaciones. En un tercer capítulo se recogen los resultados más relevantes y se exponen las conclusiones de este trabajo.Tras llevar a cabo la descripción y comparación de las topologías existentes de TIA, se ha llegado a las siguientes conclusiones, las cuales nos llevan a elegir la topología shunt-feedback como la más adecuada para el diseño: - El compromiso entre ancho de banda, transimpedancia, consumo de potencia y ruido es menos restrictivo en los TIAs de lazo cerrado. - Los TIAs de lazo cerrado tienen un mayor número de grados de libertad para acometer su diseño. - Esta topología presenta una mejor linealidad gracias al lazo de realimentación. Si la respuesta frecuencial del núcleo del amplificador se ajusta de manera adecuada, el TIA shunt-feedback puede presentar una respuesta frecuencial plana y estable.En esta tesis, se ha propuesto una nueva técnica de reducción de ruido, aplicable en receptores ópticos con fotodiodos con un área activa grande (~1mm2). Esta estrategia, que se ha llamado la técnica del fotodiodo troceado, consiste en la fabricación del fotodiodo, no como una estructura única, sino como un array de N sub-fotodiodos, que ocuparían la misma área activa que el original. Las principales conclusiones tras hacer un estudio teórico y realizar un estudio de su aplicación en una de las topologías de TIA propuestas son: - El ruido equivalente a la entrada es menor cuanto mayor es el número de sub-fotodiodos, dado que la contribución al ruido que depende con el cuadrado de la frecuencia (f^2) decrece con una dependencia proporcional a N. - Con una aplicación simple de la técnica, replicando el amplificador de tensión del TIA N veces y utilizando N resistencias de realimentación, cada una con un valor N veces el original, la sensibilidad del receptor aumenta aproximadamente en un factor √N y la estabilidad del sistema no se ve afectada. - Al dividir el fotodiodo en N sub-fotodiodos, la capacidad parásita de cada uno de ellos es N veces menor a la original. Con esta nueva capacidad parásita, el diseño del TIA se puede optimizar, consiguiendo una sensibilidad mucho mejor que con un único fotodiodo para el mismo valor de consumo de potencia.Las principales conclusiones respecto a los diseños de los distintos TIAs para comunicaciones son las siguientes: TIA para BBoF: - El TIA propuesto, alcanza, con un consumo de tan solo 2.9 mW, un ancho de banda de 1 GHz y una sensibilidad de -11 dBm, superando las características de trabajos anteriores en condiciones similares (capacidad del fotodiodo, tecnología y tasa de transmisión). - La técnica del fotodiodo troceado se ha aplicado a este circuito, consiguiendo una mejora de hasta 7.9 dBm en la sensibilidad para un diseño optimizado de 16 sub-fotodiodos, demostrando, en una simulación a nivel de transistor, que la técnica propuesta funciona correctamente. TIA para RFoF: - El diseño propuesto logra una figura de mérito superior a la de trabajos previos, gracias a la combinación de su bajo consumo de potencia y su mayor transimpedancia. - Además, mientras que en la mayoría de trabajos previos no se integra un control de ganancia en el TIA, esta propuesta presenta una transimpedancia controlable desde 45 hasta 65 dBΩ. A través de un sistema de control simultáneo de la transimpedancia y de la ganancia en lazo abierto del amplificador de voltaje, se consigue garantizar una respuesta frecuencial plana y estable en todos los estados de transimpedancia, que le otorga al diseño una superior versatilidad y flexibilidad. TIA para CATV: - Se ha adaptado una versión del TIA para RFoF para demostrar la capacidad de adaptación de esta estructura en una implementación en un receptor CATV con un rango de control de transimpedancia de 18 dB. - Con la implementación del control de ganancia en el TIA, no es necesario el uso de un atenuador variable en el receptor, simplificando así el número de etapas del mismo. - Gracias al control de transimpedancia, el TIA logra rangos de entrada similares a los publicados en trabajos anteriores basados en una tecnología mucho menos accesible como GaAs PHEMT. TIA para IFoF Se ha fabricado un chip en una tecnología CMOS de 65 nm que opera a 1.2 V de tensión de alimentación y se ha realizado su caracterización eléctrica y óptica. - El TIA presenta una programabilidad de su transimpedancia con un control lineal en dB entre 60 y 76 dBΩ mediante un código termómetro de 4 bits. - El ancho de banda se mantiene casi constante en todo el rango de transimpedancia, entre 500 y 600 MHz.Como conclusión general tras comparar el funcionamiento de los TIAs para las distintas configuraciones de RAU, vale la pena mencionar que el TIA para IFoF consigue una figura de mérito muy superior a la de otros trabajos previos diseñados para RFoF. Esto se debe principalmente a la mayor transimpedancia y al muy bajo consumo de potencia del TIA para IFoF propuesto. Además, se consigue una mejor linealidad, ya que, para una transmisión de 54 Mb/s con el estándar 802.11a, se consigue un EVM menor de 2 % en un rango de entrada de 10 dB, comparado con los entre 3 y 5 dB reportados en trabajos previos. El esquema IFoF presenta un gran potencial y ventajas frente al RFoF, lo que lo coloca como una buena alternativa para disminuir los costes y mejorar el rendimiento de los sistemas de antenas distribuidas.Por último, cabe destacar que el diseño de TIA propuesto y fabricado para IFoF contribuye en gran medida al desarrollo y validación de una RAU completa. Se ha demostrado la capacidad de la estructura propuesta para alcanzar un bajo ruido, alta linealidad, simplicidad en la programabilidad de la transimpedancia y adaptabilidad de la topología para diferentes requisitos, lo cual es de un gran interés en el diseño de receptores ópticos.Por otra parte, una versión del TIA para su uso en una interfaz de sensores MEMS capacitivos se ha propuesto y estudiado. Consiste en un convertidor capacidad-voltaje basado en una versión del TIA para RFoF, con el objetivo de conseguir un menor ruido y proveer de una adaptabilidad para diferentes sensores capacitivos. Los resultados más significativos y las conclusiones de este diseño se resumen a continuación: - El TIA presenta un control de transimpedancia con un rango de 34 dB manteniendo el ancho de banda constante en 1.2 MHz. También presenta un control independiente del ancho de banda, desde 75 kHz hasta 1.2 MHz, manteniendo la transimpedancia fija en un valor máximo. - Con un consumo de potencia de tan solo 54 μW, el TIA alcanza una sensibilidad máxima de 1 mV/fF, que corresponde a una sensibilidad de 4.2 mV/g y presenta un ruido de entrada de tan solo 100 µg/√("Hz" ) a 50 kHz en la configuración de máxima transimpedancia.La principal conclusión que destaca de este diseño es su versatilidad y flexibilidad. El diseño propuesto permite adaptar fácilmente la respuesta de la interfaz a una amplia gama de dispositivos sensores, ya que se puede ajustar el ancho de banda para ajustarse a distintas frecuencias de operación, así como la transimpedancia puede ser modificada para conseguir distintas sensibilidades. Este doble control independiente de ancho de banda y transimpedancia le proporcionan una adaptabilidad completa al TIA.<br /

A Low-Power Wireless Multichannel Microsystem for Reliable Neural Recording.

This thesis reports on the development of a reliable, single-chip, multichannel wireless biotelemetry microsystem intended for extracellular neural recording from awake, mobile, and small animal models. The inherently conflicting requirements of low power and reliability are addressed in the proposed microsystem at architectural and circuit levels. Through employing the preliminary microsystems in various in-vivo experiments, the system requirements for reliable neural recording are identified and addressed at architectural level through the analytical tool: signal path co-optimization. The 2.85mm×3.84mm, mixed-signal ASIC integrates a low-noise front-end, programmable digital controller, an RF modulator, and an RF power amplifier (PA) at the ISM band of 433MHz on a single-chip; and is fabricated using a 0.5µm double-poly triple-metal n-well standard CMOS process. The proposed microsystem, incorporating the ASIC, is a 9-channel (8-neural, 1-audio) user programmable reliable wireless neural telemetry microsystem with a weight of 2.2g (including two 1.5V batteries) and size of 2.2×1.1×0.5cm3. The electrical characteristics of this microsystem are extensively characterized via benchtop tests. The transmitter consumes 5mW and has a measured total input referred voltage noise of 4.74µVrms, 6.47µVrms, and 8.27µVrms at transmission distances of 3m, 10m, and 20m, respectively. The measured inter-channel crosstalk is less than 3.5% and battery life is about an hour. To compare the wireless neural telemetry systems, a figure of merit (FoM) is defined as the reciprocal of the power spent on broadcasting one channel over one meter distance. The proposed microsystem’s FoM is an order of magnitude larger compared to all other research and commercial systems. The proposed biotelemetry system has been successfully used in two in-vivo neural recording experiments: i) from a freely roaming South-American cockroach, and ii) from an awake and mobile rat.Ph.D.Electrical EngineeringUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/91542/1/aborna_1.pd