自組裝膜生物傳感微陣列的讀出電路研究.pdf

1、自組裝膜(SAMs)生物傳感微電極陣列(微陣列)是以性能卓越的SAMs作為生物識別敏感膜的生物微傳感器、是生化領(lǐng)域與微電子領(lǐng)域的重要結(jié)合，是本世紀(jì)的熱點(diǎn)研究方向。本選題針對1×4安培型SAMs傳感微陣列的微弱電流信號，對其CMOS讀出電路以及CMOS讀出電路與傳感微陣列的集成進(jìn)行了研究，為傳感芯片的實(shí)用化進(jìn)程打下了基礎(chǔ)。
　　以安培型SAMs生物傳感微陣列為研究對象，分析了其輸出信號的特點(diǎn)，根據(jù)傳感微電極的反應(yīng)特性，建立了傳感微電

2、極的電學(xué)模型。
　　恒電位儀電流積分單元是讀出電路中至關(guān)重要的組成部分，其中的恒電位儀起到了將傳感微電極的信號引入到讀出電路中的作用，隔離了讀出電路部分與傳感微陣列部分，使兩部分的信號之間不會互相干擾，這樣就保證了傳感微陣列正常穩(wěn)定的工作；同時恒電位儀中的運(yùn)算放大器采用了4個運(yùn)算放大器共享一個半邊的電路的新穎結(jié)構(gòu)，有效降低了電路的功耗，節(jié)省了版圖面積，并且運(yùn)算放大器的負(fù)反饋工作狀態(tài)，保證了讀出電路工作的穩(wěn)定性。最后，對該單元進(jìn)行了

3、PSpice模擬仿真。
　　電路中采用移位寄存器構(gòu)成的自動數(shù)據(jù)選通單元，將4路傳感微電極的電流積分信號分時送往相關(guān)雙采樣(CDS)單元，實(shí)現(xiàn)多路信號的串行輸出，節(jié)省了輸出端口，為與后續(xù)處理電路的連接提供了方便。移位寄存器是自動數(shù)據(jù)選擇單元中的核心部分，比較了兩種移位寄存器單元電路，并對其進(jìn)行了PSpice模擬仿真，準(zhǔn)靜態(tài)CMOS移位寄存器，具有通用性好、時鐘信號簡單等優(yōu)點(diǎn)。
　　在讀出電路中，CDS技術(shù)是目前應(yīng)用最為成功的噪

4、聲抑制技術(shù)。CDS可以降低讀出電路的噪聲。提出了一種新的相關(guān)雙采樣電路，并對進(jìn)行了PSpice模擬仿真。讀出電路的輸出緩沖單元采用源隨器可以提高電路的負(fù)載區(qū)配能力。
　　在對整體電路進(jìn)行了PSpice模擬仿真的基礎(chǔ)上，采用0.6μm DPDM N阱標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝規(guī)范，設(shè)計(jì)了讀出電路版圖，并給出了版圖后仿真結(jié)果。
　　讀出電路的正常工作，必須需要外加驅(qū)動信號，本文采用VHDL語言，設(shè)計(jì)了讀出電路的驅(qū)動信號，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。