| 【中文题名】 | 生物微传感SOC的CMOS微弱电流读出电路研究 |
| 【英文题名】 | Research into CMOS Weak Current Readout Circuit for Biochemical Sensor System on Chip |
| 【学科专业】 | 物理电子学 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-12-28 |
| 【中关键词】 | SOC,电流型,生物传感器,放大器,微弱电流,读出电路 |
| 【英关键词】 | SOC,Amperometric,Biosensor,Amplifier,Weak Current,Readout circuit, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化元件、部件>发送器（变换器）、传感器>生物传感器、医学传感器 |
| 【论文摘要】 | 生物微传感SOC是生化领域与微电子领域的重要结合，是本世纪的热点研究方向。本选题针对电流型生物微传感器的微弱电流信号，对其CMOS读出电珞以及与A／D转换器结合的关键技术进行了研究，为微传感器的单芯片集成打下了基础。
以安培型酶免疫传感器为研究对象，分析了其输出信号的特点，根据微电极的反应特性，建立了相应的传感器电学模型，用于芯片的整体仿真，有效地提高了前后端电路信号的一致性和芯片设计的成功率。
在小电容充放电检测微弱电流方法的基础上，加入了自动延迟充电反馈、放电正反馈、源极电位转移等附加技术，构成了完整的读出电路系统。此外，系统还附带数字逻辑功能，可以直接输出十位数字信号，避免了使用额外A／D转换器带来的功率和空间的消耗。读出电路系统可以有效地减小漏电流、输入失调、外来干扰和工艺参数不稳定等带来的影响，通过简单的标定和换算即可得到微弱电流信号的大小。
提出了一种对读出电路改进的新方法，可以快速稳定充放电开关信号的突变对输入电流信号的影响，有效地提高了3pA以下微弱电流的测量精度，使1pA信号的检测结果偏差仅为0.086。
完整读出电路系统芯片采... |
| 【论文题纲】 |
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研究成果声明 |
3 |
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关于学位论文使用权的说明 |
3-4 |
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摘要 |
4-5 |
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Abstract |
5-10 |
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第一章 前言 |
10-18 |
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1.1 课题背景 |
10-12 |
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1.2 生物微传感 SOC |
12-15 |
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1.3 CMOS工艺技术 |
15-16 |
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1.4 本文研究问题与文章结构 |
16-18 |
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第二章 微电极免疫传感器 |
18-29 |
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2.1 传感器原理和结构 |
18-22 |
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2.1.1 免疫传感器 |
18-19 |
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2.1.2 传感器工作原理 |
19-20 |
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2.1.3 微电极 |
20-22 |
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2.2 建立传感器的电学模型 |
22-29 |
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2.2.1 传感器的输出信号及电路模型 |
22-24 |
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2.2.2 模型的参数提取 |
24-26 |
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2.2.3 模型参数的验证 |
26-29 |
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第三章 CMOS运算放大器的设计 |
29-49 |
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3.1 CMOS运放概述 |
29-31 |
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3.2 CMOS运放的结构及选型 |
31-34 |
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3.3 运放的设计 |
34-44 |
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3.3.1 运放的工作原理和设计要点 |
35-36 |
|
3.3.2 输入级的选择 |
36-37 |
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3.3.3 输出级的选择 |
37-39 |
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3.3.4 频率补偿 |
39-40 |
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3.3.5 恒流源 |
40-41 |
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3.3.6 偏置电路的设计 |
41-44 |
|
3.3.7 折叠共源共栅运放的整体电路图 |
44 |
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3.4 运放的仿真结果 |
44-49 |
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3.4.1 运放的参数仿真与分析 |
44-48 |
|
3.4.2 运放的仿真结果 |
48-49 |
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第四章 微弱电流读出电路系统的设计 |
49-81 |
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4.1 微弱电流检测 |
49-56 |
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4.1.1 微弱电流检测原理 |
49-50 |
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4.1.2 微弱电流检测常用方法 |
50-55 |
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4.1.3 本文采用的方法 |
55-56 |
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4.2 恒电位仪模块的设计 |
56-60 |
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4.2.1 恒电位仪的工作原理 |
57-59 |
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4.2.2 恒电位仪的改进 |
59-60 |
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4.3 读出电路模块的设计 |
60-69 |
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4.3.1 源极电位转移技术 |
60-62 |
|
4.3.2 读出电路的工作原理和设计要点 |
62-68 |
|
4.3.3 读出电路的仿真结果 |
68-69 |
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4.4 数字逻辑模块的设计 |
69-74 |
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4.4.1 基本模块设计 |
70-71 |
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4.4.2 数字逻辑设计 |
71-73 |
|
4.4.3 数字逻辑的仿真结果 |
73-74 |
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4.5 系统的整体电路图 |
74 |
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4.6 系统的版图设计 |
74-81 |
|
4.6.1 数字部分版图的设计 |
76 |
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4.6.2 模拟部分版图的设计 |
76-78 |
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4.6.3 版图设计的其他考虑 |
78-80 |
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4.6.4 系统的整体版图 |
80-81 |
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第五章 芯片的测试结果与分析 |
81-93 |
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5.1 运算放大器的测试结果与分析 |
82-85 |
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5.2 微弱电流读出电路的测试结果与分析 |
85-93 |
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5.2.1 模拟部分的测试 |
86-88 |
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5.2.2 数字逻辑的测试 |
88-90 |
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5.2.3 完整读出电路系统的测试 |
90-93 |
|
第六章 总结与展望 |
93-96 |
|
6.1 论文的主要工作 |
93-94 |
|
6.2 创新点 |
94-95 |
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6.3 对今后工作的展望 |
95-96 |
|
参考文献 |
96-104 |
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发表论文及成果清单 |
104-105 |
|
致谢 |
105 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.381648 |
