本发明专利技术公开了一种带补偿功能的多通道ISFET传感器阵列的读出电路。该读出电路用于检测待测溶液中的离子浓度，其包括多个ISFET传感器读出电路，每个ISFET传感器读出电路构成一个检测通道，所述每个ISFET传感器读出电路具有补偿端口，该补偿端口用于接收由外部系统提供的补偿信号，以对所述ISFET传感器的非理想特性进行修正。本发明专利技术采用多通道检测方式，能够对ISFET阵列传感器的多种参数进行快速检测，检测方式可根据系统需要进行并行或串行输出。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种带补偿功能的多通道ISFET传感器阵列的读出电路。该读出电路用于检测待测溶液中的离子浓度，其包括多个ISFET传感器读出电路，每个ISFET传感器读出电路构成一个检测通道，所述每个ISFET传感器读出电路具有补偿端口，该补偿端口用于接收由外部系统提供的补偿信号，以对所述ISFET传感器的非理想特性进行修正。本专利技术采用多通道检测方式，能够对ISFET阵列传感器的多种参数进行快速检测，检测方式可根据系统需要进行并行或串行输出。【专利说明】带补偿功能的多通道ISFET传感器读出电路
本专利技术属于离子敏场效应晶体管(ISFET)
，涉及ISFET传感器读出电路，ISFET的信号处理及补偿控制，特别是一种带补偿功能的多通道ISFET传感器读出电路。技术背景离子敏场效应晶体管(ISFET)与金属氧化物半导体MOSFET(Metal Oxide SiliconField Effect Transistor)具有相似的结构，只是用溶液和离子敏膜代替了 MOSFET的栅极，其通过栅极上不同敏感薄膜材料直接与待测溶液中离子接触产生反应，进而可用来测定离子浓度以检测多项生化指标。它兼有电化学及MOSFET的双重特性，与传统的离子选择性电极相比，ISFET具有体积小、灵敏度高、响应速度快、无标记、检测方便、易集成化和批量生产的优点，在生命科学研究、生物医学工程、医疗保健、食品加工、环境监测等领域有广阔的应用前景。ISFET结构与MOSFET结构相似，所以可以用半导体工艺制造ISFET，而ISFET产生的电压、电流信号必须有相应的信号处理电路才能组成使用的测量仪器，于是越来越多的ISFET传感器与前端信号处理电路通过标准CMOS工艺被集成在同一芯片上，这样不仅有利于提高检测灵敏度和抗干扰能力，还有利于ISFET传感器的微型化和智能化。由于准参比电极与溶液作用后产生的基准电极不稳定，且ISFET的电学特性对温度比较敏感，如敏感膜-溶液界面势会随温度变化，ISFET的阈值电压也会随温度变化，被测电解液的PH值也会随温度变化，传统的ISFET传感器读出电路采用直接耦合放大的方式，读出电路在放大信号的同时，将失调和温度漂移也相应放大了。有多种方法被用于ISFET温度补偿，如零温度系数调节法、差分对管补偿法、交流注频法、二极管补偿法等。采用差分对管道方式，将ISFET同REFET集成在一起，二者具有相同的温度特性，二者同时浸泡在溶液中，相对参比电极具有相似的失调，因此采用差分对管道方式能减小系统失调和温度的影响。此外，ISFET还具有其它的非理想特性，如ISFET的长时间漂移和迟滞特性等，而REFET上的钝化膜相对稳定，因此需要从系统的角度对ISFET进行补偿和修正。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术的所要解决的技术问题是，针对ISFET传感器的信号读出，以及ISFET的非理想特性，如电路失调、温度漂移、长时间漂移等，设计一种带有补偿控制功能的多通道多参数检测的ISFET传感器阵列的读出电路，以减小ISFET非理想特性的影响。( 二 )技术方案为了解决该技术问题，本专利技术公开了一种多通道ISFET传感器阵列读出电路，用于检测待测溶液中的离子浓度，其包括多个ISFET传感器读出电路，每个ISFET传感器读出电路构成一个检测通道，所述每个ISFET传感器读出电路具有补偿端口，该补偿端口用于接收由外部系统提供的补偿信号，以对所述ISFET传感器的非理想特性进行修正。根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述多通道ISFET传感器阵列读出电路还包括一个模拟多路选择器，所述补偿信号通过该模拟多路选择器分配给每个ISFET传感器读出电路。根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述多通道ISFET传感器阵列读出电路还包括一个控制时钟，所述模拟多路选择器由该多路控制时钟控制。根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述多通道ISFET传感器阵列读出电路还包括一个准参比电极，所述准参比电极连接到固定的参考电压，用于为所述被测溶液提供该参考电压。根据本专利技术的一种【具体实施方式】，每个ISFET传感器读出电路包括一个ISFET和一个REFET和与该ISFET、REFET匹配的信号处理电路。根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述信号处理电路包括一个ISFET放大器、一个REFET放大器、第一至第八晶体管、一个电阻和一个跨阻放大器，所述跨阻放大器包括放大器和输出电阻；所述ISFET放大器和REFET放大器对称连接，且所述ISFET放大器与第二晶体管以跟随形式连接，所述REFET放大器与第三晶体管也以跟随形式连接；所述电阻分别与该ISFET放大器和REFET放大器的反相端连接，形成差分电流放大电路；通过第一晶体管和第八晶体管组成的镜像电流源将第二晶体管支路的电流镜像到第八晶体管；通过第四晶体管和第五晶体管，第六晶体管和第七晶体管组成的镜像电流源将第三晶体管支路的电流镜像到第七晶体管；第七晶体管和第八晶体管的漏源电流差，通过所述跨阻放大器转换成电压并输出。根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述ISFET放大器包括一个ISFET、多个晶体管、一个恒流源、两个电阻和一个放大器；所述ISFET和多个晶体管中一部分组成了一个差分输入单端输出的放大器，将放大器的正相输入端的晶体管用ISFET代替，通过所述恒流源来恒定所述ISFET和其中一个晶体管的漏源电流，通过所述多个晶体管中的另一部分与所述两个电阻、所述放大器构成一个电压控制电压源电路来固定所述ISFET和该晶体管的漏源电压，以控制所述ISFET的漏源电压。根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述REFET放大器包括一个REFET、多个晶体管、一个恒流源和一个电阻；所述REFET和所述多个晶体管中的一部分组成一个差分输入单端输出的放大器，将放大器的正相输入端的晶体管用REFET代替，通过所述恒定电流源来恒定所述REFET和其中一个晶体管的漏源电流，通过多个晶体管中的另一部分、所述电阻和所述电流源组成的电流控制电压源电路来固定所述REFET和该晶体管的漏源电压。根据本专利技术的一种【具体实施方式】，所述所有检测通道还共用一个模数转换器、一个补偿模块和一个数模转换器，所述每个ISFET传感器读出电路输出的模拟信号通过该模数转换器转换成数字信号，所述补偿模块根据该数字信号和所述ISFET传感器的物理特性计算并生成一个补偿控制电压，并通过该数模转换器将该补偿控制电压输入到所述ISFET传感器读出电路的补偿端口。(三)有益效果本专利技术采用多通道检测方式，能够对ISFET阵列传感器的多种参数进行快速检测，检测方式可根据系统需要进行并行或串行输出。每通道读出电路采用差分检测方式，能克服ISFET传感器的失调和温度漂移等特性，同时系统可以通过补偿模块对ISFET传感器长时间漂移等其它非理想因素进行修正。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的多通道ISFET传感器读出电路的电路图；图2为本专利技术的一个检测通道的带补偿功能的ISFET传感器读出电路的电路图；图3为图2所示的ISFET传感器读出电路中的ISFET放大器电路图；图4为图2所示的ISFET传感器读出电路中的REFET放大器电路图；图5为I本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多通道ISFET传感器阵列读出电路，用于检测待测溶液中的离子浓度，其包括多个ISFET传感器读出电路，每个ISFET传感器读出电路构成一个检测通道，其特征在于，所述每个ISFET传感器读出电路具有补偿端口，该补偿端口用于接收由外部系统提供的补偿信号，以对所述ISFET传感器的非理想特性进行修正。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴其松，杨海钢，程小燕，尹韬，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：
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