本公开提供了一种自适应读出电路系统，包括：信号放大器，信号放大器包括增益控制器，信号放大器接收被提供偏置电压和栅极电压的晶体管传感器的电流输出信号，信号放大器基于增益控制器的增益控制电阻生成放大电压信号；信号处理装置，信号处理装置基于放大电压信号、偏置电压、栅极电压及增益控制器的增益控制电阻的阻值获取晶体管传感器的电阻值；信号处理装置对放大电压信号的大小进行判断，并基于判断结果生成或不生成用于控制增益控制电阻的阻值的控制信号，以调整或不调整信号放大器的信号增益。本公开还提供一种监测装置。本公开还提供一种监测装置。本公开还提供一种监测装置。
【技术实现步骤摘要】
用于晶体管传感器的自适应读出电路系统及监测装置
[0001]本公开涉及可控栅压传感器的微弱信号读出电路
，本公开尤其涉及一种用于场效应晶体管传感器的自适应读出电路系统及监测装置。
技术介绍
[0002]随着基于各种材料的场效应晶体管传感器的发展，读出电路系统变得越来越重要，它需要具有高可靠性、宽范围、低功耗、便携、能够实时检测等性能，可应用于环境监测装置、生物材料监测装置和医疗装置等。
[0003]然而，由于材料和工艺的多样性，场效应晶体管(FET)传感器的输出电阻范围是不同的，且不同材料晶体管的阈值电压不同，其在不同栅压工作点(线性区，亚阈值区，通常认为亚阈值区的传感器灵敏度更高)下的电阻值也各不相同。因此，使用不同材料制成的传感器来检测同一环境中的变量需要不同的读出电路系统，这大大降低了电路系统的复用率。例如，在检测氢气泄漏的环境中，研究人员使用多种材料(如二硫化钼、碳纳米管、石墨烯等)和不同的工艺(PD的厚度，片层的形状，沟道的长宽比等)制备的氢气传感器，它们的特性各不相同，主要体现在传感器的输出电阻上，不同材料的输出电阻存在几个数量级的差异。因此，想要提高读出电路的复用率，应支持宽输入电流范围。
[0004]现有技术中对于栅压的调控，使用专用仪器设备，体型庞大、结构复杂，无法适用于便携式/手持式系统的制备。
[0005]对于弱电流(μA级)读出系统的常规方案，跨阻放大器(TIA)用于前端级，TIA的电压输出通过模数转换器(ADC)转换为数字信号，如图1所示。虽然这种方案可以通过简单的电路实现，但由于电源引入的噪声和传感器引入的低频噪声，后端ADC采集的信号会不准确。
[0006]若采用商用数字电位计来实现宽范围量程，其缺点在于：其每一个倍增系数的变化步长相同。这导致要实现更大范围的测量，则需要耗费更多电阻，形成资源浪费和面积损耗等，且商用数字电位计并没有很大的量程范围(最大基本在1M
‑
2M，无法满足多阶量级变化传感器件)。
[0007]由于研究人员设计的读出电路系统大都是针对自己研究方向的传感器，限制了传感器的材料和放大电路的增益。因为每个材料的传感器的输出电阻各不相同，会有几个数量级的差别。所以目前已有的电路系统只适用于研究人员规定的传感器。这使得电路系统的使用范围很局限，不能供给到其他的传感器系统。
[0008]现有技术中的晶体管传感器，固定了传感器的材料，固定了放大电路的放大增益，且没有栅压调控功能，限制了传感器的输出范围，且传统读出电路设计简单，对信号噪声的处理能力不强，现有的读出电路不具备多个显示端，只有一个数据显示端或没有显示端。
技术实现思路
[0009]为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供一种用于晶体管传感器的自适
应读出电路系统及监测装置。
[0010]本公开的用于晶体管传感器的自适应读出电路系统及监测装置通过以下技术方案实现。
[0011]根据本公开的一个方面，提供一种自适应读出电路系统，包括：
[0012]信号放大器，所述信号放大器包括增益控制器，所述信号放大器接收被提供偏置电压和栅极电压的晶体管传感器的电流输出信号，所述信号放大器基于所述增益控制器的增益控制电阻生成放大电压信号；
[0013]信号处理装置，所述信号处理装置基于所述放大电压信号、所述偏置电压、所述栅极电压及所述增益控制器的增益控制电阻的阻值获取所述晶体管传感器的电阻值；
[0014]其中，所述信号处理装置对所述放大电压信号的大小进行判断，并基于判断结果生成或不生成用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号，以调整或不调整所述信号放大器的信号增益。
[0015]根据本公开的至少一个实施方式的自适应读出电路系统，还包括DAC器件，所述DAC器件包括偏置电压提供模块及栅压调控模块，所述偏置电压提供模块用于向所述晶体管传感器提供偏置电压，所述栅压调控模块用于向所述晶体管传感器提供栅极电压，以使所述晶体管传感器处于工作区。
[0016]根据本公开的至少一个实施方式的自适应读出电路系统，所述信号处理装置包括DAC模块，用于向所述晶体管传感器提供偏置电压及栅极电压，基于栅极电压，所述晶体管传感器处于工作区。
[0017]根据本公开的至少一个实施方式的自适应读出电路系统，所述增益控制器包括：
[0018]多个增益控制电阻，各个所述增益控制电阻的电阻值互不相同；
[0019]开关装置；
[0020]解码器，所述解码器对接收到的用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号进行解码，生成开关控制信号以控制所述开关装置将增益控制电阻中的一个接入信号放大器。
[0021]根据本公开的至少一个实施方式的自适应读出电路系统，所述信号处理装置对所述放大电压信号的大小进行判断，并基于判断结果生成或不生成用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号，包括：
[0022]当所述放大电压信号的大小处于预设电压值范围时时，所述信号处理装置生成用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号；
[0023]当所述放大电压信号的大小处于所述预设电压值范围之外时，所述信号处理装置不生成用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号。
[0024]根据本公开的至少一个实施方式的自适应读出电路系统，所述开关装置包括多个开关，每个增益控制电阻对应一个开关，每个增益控制电阻通过相应的开关接入所述信号放大器，或者从所述信号放大器断开。
[0025]根据本公开的至少一个实施方式的自适应读出电路系统，至少两个增益控制电阻的阻值具有数量级差异。
[0026]根据本公开的至少一个实施方式的自适应读出电路系统，还包括滤波器，所述滤波器对所述信号放大器输出的放大电压信号进行滤波处理，输出滤波处理后的放大电压信
号。
[0027]根据本公开的至少一个实施方式的自适应读出电路系统，还包括ADC器件，所述ADC器件对所述滤波处理后的放大电压信号进行采样，以获得输出电压值。
[0028]根据本公开的至少一个实施方式的自适应读出电路系统，所述信号处理装置对所述输出电压值的大小进行判断，并基于判断结果生成或不生成用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号，以调整或不调整所述信号放大器的信号增益。
[0029]根据本公开的至少一个实施方式的自适应读出电路系统，当所述信号处理装置生成用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号调整所述信号放大器的信号增益后，所述信号放大器基于调整后的信号增益输出放大电压信号，所述信号处理装置基于该放大电压信号、所述偏置电压及所述增益控制器的增益控制电阻的阻值获取所述传感器的电阻值。
[0030]根据本公开的至少一个实施方式的自适应读出电路系统，当所述信号处理装置获取的传感器的电阻值等于或大于接入所述信号放大器的增益控制电阻的阻值时，所述信号处理装置生成用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号。
[0031]根据本公开的至少一个实施方式的自适应读出电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自适应读出电路系统，其特征在于，包括：信号放大器，所述信号放大器包括增益控制器，所述信号放大器接收被提供偏置电压和栅极电压的晶体管传感器的电流输出信号，所述信号放大器基于所述增益控制器的增益控制电阻生成放大电压信号；以及信号处理装置，所述信号处理装置基于所述放大电压信号、所述偏置电压、所述栅极电压及所述增益控制器的增益控制电阻的阻值获取所述晶体管传感器的电阻值；其中，所述信号处理装置对所述放大电压信号的大小进行判断，并基于判断结果生成或不生成用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号，以调整或不调整所述信号放大器的信号增益。2.根据权利要求1所述的自适应读出电路系统，其特征在于，还包括DAC器件，所述DAC器件包括偏置电压提供模块及栅压调控模块，所述偏置电压提供模块用于向所述晶体管传感器提供偏置电压，所述栅压调控模块用于向所述晶体管传感器提供栅极电压，以使所述晶体管传感器处于工作区。3.根据权利要求1所述的自适应读出电路系统，其特征在于，所述信号处理装置包括DAC模块，用于向所述晶体管传感器提供偏置电压及栅极电压，基于栅极电压，所述晶体管传感器处于工作区。4.根据权利要求1至3中任一项所述的自适应读出电路系统，其特征在于，所述增益控制器包括：多个增益控制电阻，各个所述增益控制电阻的电阻值互不相同；开关装置；及解码器，所述解码器对接收到的用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号进行解码，生成开关控制信号以控制所述开关装置将增益控制电阻中的一个接入信号放大器。5.根据权利要求4所述的自适应读出电路系统，其特征在于，所述信号处理装置对所述放大电压信号的大小进行判断，并基于判断结果生成或不生成用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号，包括：当所述放大电压信号的大小处于预设电压值范围时时，所述信号处理装置生成用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号；当所述放大电压信号的大小处于所述预设电压值范围之外时，所述信号处理装置不生成用于控制所述增益控制电阻的阻值的控制信号。6.根据权利要求4所述的自适应读出电路系统，其特征在于，所述开关装置包括多个开关，每个增益控制电阻对应一个开关，每个增益控制电阻通过相应的开关接入所述信号放大器，或者从所述信号放大器断开。7.根据权利要求4所述的自适应读出电路系统，其特征在于，至少两个增益控制电阻的阻值具有数量级差异。8.根据权利要求1至4中任一项所述的自适应读出电路系统，其特征在于，还包括滤波器，所述滤波器对所述信号放大器输出的放大电压信号进行滤波处理，输出滤波处理后的放大电压信号。9.根据权利要求8所述的自适应读出电路系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：李豪，肖梦梦，张志勇，张宇燕，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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