基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的ISFET生物微傳感SOC的信號讀取電路研究.pdf

1、生物微傳感SOC系統(tǒng)是目前的研究熱點，其在生命科學(xué)研究、生物醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)療保健、食品加工、環(huán)境檢測等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，然而系統(tǒng)的真正實現(xiàn)面臨著許多挑戰(zhàn)。本選題研究離子敏場效應(yīng)管ISFET與其信號讀出電路的單芯片集成，以及讀取電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D結(jié)合相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，所研究的對象是微傳感SOC系統(tǒng)的重要組成部分。 文中首先對FET型生物傳感器傳感機(jī)理進(jìn)行研究，傳感器采用懸浮柵結(jié)構(gòu)，其上加固有Ta2O5敏感材料，并在標(biāo)準(zhǔn)MOSF

2、ET模型基礎(chǔ)上建立起相應(yīng)SPICE仿真模型。 提出了適用于ISFET生物微傳感SOC的讀出電路系統(tǒng)，系統(tǒng)引入貴金屬PRE作為參比電極，同時采用ISFET/REFET(參考FET)差分對結(jié)構(gòu)。讀取電路的兩個前級放大器各自提取ISFET/REFET敏感信號，對兩敏感信號進(jìn)行差值提取的次級電路通常由片外實現(xiàn)，本系統(tǒng)獨創(chuàng)性地提出了片上電流型差分結(jié)構(gòu)的次級信號檢測電路，解決了采用CMOS工藝設(shè)計的電路級間存在阻抗不匹配等問題，實現(xiàn)傳感器信

3、號的大動態(tài)范圍檢測。 本文還進(jìn)行弱小信號檢測的關(guān)鍵技術(shù)研究，首次采用auto-zero技術(shù)，設(shè)計出雙模式ISFET專用高精度放大器，顯著降低了通用CMOS放大器的溫漂、低頻噪聲和毫伏量級的失調(diào)電壓，同時能夠通過片上配置提供傳感器在線性和飽和區(qū)所需的工作條件。放大器直流增益140dB，失調(diào)電壓仿真結(jié)果為5微伏，實測精度接近10微伏。 整個ISFET讀出系統(tǒng)芯片采用新加坡Chartered半導(dǎo)體制造公司0.35μm3.3V標(biāo)