GMR生物傳感器及其專用鎖相放大器芯片的設計.pdf

1、巨磁阻（GMR）生物傳感器是近年來在國內外爭相研究的一個新的熱點，由于其可廣泛用于各種生物信息的探測與識別，具有非常重要的研發(fā)價值。通常，GMR生物傳感器由免疫磁性標記、GMR傳感器芯片和以鎖相放大器為核心的檢測輸出電路等三部分組成。其中，GMR傳感器正處在研發(fā)和試用階段，難以同時滿足在生物檢測中的高靈敏度、低矯頑力等要求；同時檢測用的商用鎖相放大器存在價格昂貴以及不宜攜帶等諸多問題，難以滿足生物信號檢測需要。
　　針對上述問題，

2、本論文設計了一款用于生物檢測的GMR傳感器芯片，而且考慮到傳感器后端的信號檢測問題，同時還研發(fā)設計了一款專用于GMR生物芯片的鎖相放大器芯片。GMR傳感器芯片作為GMR生物傳感器的核心部件之一，具有高靈敏度、高磁電阻變化率及低矯頑力等優(yōu)點。其專用的鎖相放大器芯片，充分考慮到噪聲抑制問題，將檢測電路中的低噪聲放大器和帶通濾波器完全集成到一起，使GMR生物傳感器更加集成，具有更好的實用性。
　　本文所設計的GMR傳感器芯片在結構方面，

3、包括多項生物檢測所需要的16個傳感單元和一個參考標準單元；同時利用中科院磁學國家重點實驗室的技術優(yōu)勢和制造平臺，制備出了高靈敏度、高磁電阻變化率及低矯頑力的GMR傳感器芯片，并完成了GMR傳感器芯片的磁場響應測試，其結果表明GMR傳感器芯片與鎖相放大器芯片能達到噪聲匹配。對于鎖相放大器芯片，采用了正交矢量型鎖相放大器的基本結構，并對系統(tǒng)結構做了如下修改：1、將低噪聲放大器和帶通濾波器完全集成到一起；2、在鎖相放大器參考通道中增加了單轉雙

4、電路、倍頻器及方波轉換電路。整個芯片包括前置低噪聲放大器模塊、信號檢測與調制模塊、倍頻及正交方波信號產生模塊和帶隙基準源模塊。電路設計基于0.35μm BiCOMSn阱工藝，采用Cadence Spectre對電路的仿真結果表明設計的芯片能夠檢測幅度低至1μV的有用信號，且具有很強的噪聲擬制能力。此后，在新加坡的Chartered半導體公司流片，并于甘肅天水華天公司完成了芯片封裝；最后，完成了芯片的測試電路設計及PCB板研制，結果表明性