【技术实现步骤摘要】
一种用于化学检测传感器的微弱电流检测电路
[0001]本专利技术涉及一种微弱电流检测电路，属于微弱电流检测领域。
技术介绍
[0002]传感器作为集成电路的一个分支，是获取外界信息的窗口和媒介，起着不可替代的作用，作为众多传感器之一的化学检测传感器，是一种将某种特定化学物质的气态分子数量转化成对应电信号的转换器，拥有十分广泛的应用场景，比如危险气体探测、酒精检测等。
[0003]而在满足特殊环境应用的需求时，在传统化学检测传感器的基础上完成微型化、可穿戴的改进是十分必要的；这类特殊的化学检测传感器需要对某种敏感物质进行高灵敏、微型化、实时化的检测，因此需要对其使用的材料提出了更高的要求；作为目前材料领域最前沿的研究成果，石墨烯具有十分优异的物理化学特性，一种基于石墨烯纳米带FET结构的化学检测传感器进入了人们的视野，与传统的传感器相比，其在可集成、高精度应用方面具有非常突出的优势。
[0004]化学检测传感器技术研究的重点和难点是本身的敏感结构；目前使用的敏感结构在检测到环境中的敏感物质分子时，输出电流最小仅会产生10
‑
11
安培级别的改变，而如此微弱的电流很容易被淹没在未做噪声优化的电路中；因此微弱电流检测电路的难点在噪声的优化上，各研究机构采取了不同的技术对噪声进行抑制；例如在采样保持电路中保持相位将敏感电极接在无噪声电容上以避免噪声引入，在第一级采用低噪声运算放大器，或者采用斩波或相关双采样等技术消除噪声的影响等；对噪声的优化程度直接决定了检测电路的检测精度。>
技术实现思路
[0005]本专利技术为解决现有微弱电流检测电路对噪声优化能力较差的问题，进而提出一种用于化学检测传感器的微弱电流检测电路。
[0006]本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：本专利技术包括跨阻放大器、调制器和滤波器；所述跨阻放大器的输入端与化学检测传感器的输出端连接，跨阻放大器的输出端与调制器的输入端连接，跨阻放大器的供电端与外部电源VDD连接，调制器的输出端与滤波器的输入端连接。
[0007]进一步的，所述调制器是Σ
‑
Δ调制器。
[0008]进一步的，滤波器是CIC抽取滤波器。
[0009]进一步的，跨阻放大器是一个三级运算放大器，其采用TCFC结构，所述跨阻放大器的第一级由M1管、M2管、M3管、M4管、M5管组成，M1管的源极连接外部电源VDD，M1管的栅极连接电压偏置bias1，M1管的漏极连接M2管和M3管的源极，M2管和M3管的栅极分别连接两个输入端，M2管的漏极连接M4管的漏极，M3管的漏极连接M5管的漏极，M4管的栅极连接M5管的栅极，M4管的源极连接M5管的源极接零电位，M4管的漏极连接M5管的漏极，M4的漏极连接M4管
的栅极；所述跨阻放大器的第二级采用折叠共源共栅结构，所述跨阻放大器的第三级采用AB类结构。
[0010]进一步的，调制器由两级积分器、比较器、D触发器、时序产生电路和开关组成。
[0011]进一步的，滤波器由累加器、差分器、计数器和滤波器组成。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]1、本专利技术所提出的系统结构简单，大大降低了电路设计的复杂度，并且整个系统具有低的输入阻抗和等效输入噪声，更容易满足微弱电流检测的要求；
[0014]2、本专利技术所提出的结构具有较高的过采样率，因此采样率不会太高，从而得到合适的运算放大器摆率、带宽以及输出摆幅；
[0015]3、本专利技术所提出的微弱电流检测电路精度高，对于前级输出的极低电流也能正确地识别并放大，并且具有良好的稳定性与实用性。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的整体结构示意图；
[0017]图2是跨阻放大器的结构示意图；
[0018]图3是调制器的结构示意图；
[0019]图4是滤波器的结构示意图。
具体实施方式
[0020]具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于化学检测传感器的微弱电流检测电路包括跨阻放大器100、调制器200和滤波器300；所述跨阻放大器100的输入端与化学检测传感器的输出端连接，跨阻放大器100的输出端与调制器200的输入端连接，跨阻放大器100的供电端与外部电源VDD连接，调制器200的输出端与滤波器300的输入端连接。
[0021]跨阻放大器100是一个三级运算放大器，采用TCFC结构，所述TCFC结构是指Transconductance with Cap Feedback Comp结构。
[0022]所述跨阻放大器100的电路结构如图2所示。低的等效输入电流噪声要求运算放大器具有低的等效输入噪声；除此之外，运算放大器的直流增益A0越大，越接近虚短特性，系统的传递函数也越接近理想值，并且在电流检测中，要求检测电路具有低的等效输入阻抗，由反馈对输入阻抗的改变可知，当运算放大器的增益越大，检测电路的等效输入阻抗越小。所述跨阻放大器100是一个三级运算放大器，保证了足够大的增益；采用TCFC(Transconductance with Cap Feedback Comp)结构，它表示跨导与反馈电容补偿，内部的补偿电容没有使第二级短路，它通过跨导g
mt
形成反馈；跨导g
mt
是一个共源共栅级，它具有很低的输入电阻R
t
＝1/g
mt
和很高的输出电阻。
[0023]其中M
f
管构成前馈部分，M
t
为共源共栅补偿回路上的NMOS管，跨导为g
mt
；由上一章对运算放大器噪声分析可知，第一级对等效输入噪声贡献最大，因此采用5管结构，负载采用自偏置电流镜结构，这样尽管会损失一定增益，但省去了共模反馈电路的设计，降低了设计复杂度；第二级采用折叠共源共栅结构，提供了足够大的增益；增益约为：
[0024]|A
v2
|≈g
m2
{[(g
mt
+g
mbt
)r
ot
(r
o6
||r
o2
]||[(g
m7
+g
mb7
)r
o7
r
o8
]}
[0025]上述公式中A
v2
表示第二级增益，g
m2
表示M2管的跨导，g
mt
表示Mt管的跨导，g
mbt
表示Mt管的体跨导，r
ot
表示Mt管输出阻抗，r
o6
表示M6管输出阻抗，r
o2
表示M2管输出阻抗，g
m7
表示M7管跨导，g
mb7
表示M7管的体跨导，r
o7
表示M7管输出阻抗，r
o8
表示M8管输出阻抗。
[0026]第三级采用AB类结构，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于化学检测传感器的微弱电流检测电路，其特征在于：所述一种用于化学检测传感器的微弱电流检测电路包括跨阻放大器(100)、调制器(200)和滤波器(300)；所述跨阻放大器(100)的输入端与化学检测传感器的输出端连接，跨阻放大器(100)的输出端与调制器(200)的输入端连接，跨阻放大器(100)的供电端与外部电源VDD连接，调制器(200)的输出端与滤波器(300)的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种用于化学检测传感器的微弱电流检测电路，其特征在于：所述调制器(200)是Σ
‑
Δ调制器。3.根据权利要求1所述的一种用于化学检测传感器的微弱电流检测电路，其特征在于：滤波器(300)是CIC抽取滤波器。4.根据权利要求1所述的一种用于化学检测传感器的微弱电流检测电路，其特征在于：跨阻放大器(100)是一个三级运算放大器，其采用TCFC结构，所述跨阻放...
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