带补偿功能的多通道isfet传感器读出电路的制作方法
【专利摘要】本发明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
【技术领域】
[0001]本发明属于离子敏场效应晶体管(ISFET)【技术领域】，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
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
【发明内容】
[0006](一 )要解决的技术问题
[0007]本发明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。
[0008]( 二 )技术方案
[0009]为了解决该技术问题，本发明公开了一种多通道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。
[0010]根据本发明的一种【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。
[0011]根据本发明的一种【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。
[0012]根据本发明的一种【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。
[0013]根据本发明的一种【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。
[0014]根据本发明的一种【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。
[0015]根据本发明的一种【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。
[0016]根据本发明的一种【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。
[0017]根据本发明的一种【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。
[0018](三)有益效果
[0019]本发明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】
[0020]图1为本发明的多通道ISFET传感器读出电路的电路图；
[0021]图2为本发明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；
[0022]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；
[0023]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；
[0024]图5为ISFET系统补偿原理图。
【具体实施方式】
[0025]使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0026]本发明涉及的多通道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、一个公用的准参比电极PRE(Public ReferenceElectrode)、一个模拟多路选择器和一个多路控制时钟。多个ISFET传感器读出电路中的每一个构成一个检测通道，各检测通道的ISFET传感器读出电路输出信号可以并行输出，也可以通过模拟多路选择器串行输出，该模拟多路选择器由该多路控制时钟控制工作，各ISFET传感器读出电路具有补偿端口，其补偿信号由外部系统提供，并通过模拟多路选择器输入到各ISFET传感器读出电路，以对所述ISFET传感器的非理想特性进行修正。
[0027]图1为本发明的多通道ISFET传感器阵列的读出电路的电路图。如图1所示，每个检测通道包含一个ISFET、一个REFET和与之配套的信号处理电路，所述准参比电极PRE连接到固定的参考电压Vref，每个检测通道的ISFET与REFET集成在一起，它们的栅极一起暴露在溶液中，这样可以确保它们有相同的失调和温度特性。所述准参比电极PRE为传感器的公共参考电极，也即是传感器阵列的一个电极，其被用来为溶液提供参考偏压，而PRE的直流偏压由全局电路提供。
[0028]所述的信号处理电路与模拟多路选择器连接:首先ISFET和REFET的输出信号经信号处理电路模块处理后输出到模拟多路选择器，该模拟多路选择器受多路控制时钟电路控制，并决定各通道数据如何输出，其次，系统产生的补偿控制信号也通过模拟多路选择器连接到各通道信号处理模块的补偿控制端，由多路选择器和控制时钟电路决定对哪一通道进行补偿。
[0029]每个检测通道的ISFET和REFET可以与后续的信号处理电路集成在同一芯片上；有时为了方便仪器平台的设计和使用，所述ISFET和REFET也可以与其信号处理电路分别集成在两个芯片上并通过信号线连接。
[0030]所述ISFET传感器读出电路的输出数据可以直接输出，也可以通过所述模拟多路选择器输出，每个ISFET传感器读出电路的补偿信号由外部提供，并通过该模拟多路选择器分配给各个ISFET传感器读出电路。电路的串行输出和补偿控制工作过程采用分时方式，并由多路控制时钟电路控制工作。
[0031]图2为本发明的一个检测通道的带补偿功能的ISFET传感器读出电路图，即为图I所示的各个检测通道的ISFET传感器读出电路。如图2所示，ISFET传感器读出电路包括一个ISFET放大器Al、一个REFET放大器A2、两个电流源I。和I1多个晶体管Ml?M8、一个电阻Rd和一个跨阻放大器，跨阻放大器包括放大器A3和输出电阻R。。
[0032]所述ISFET放大器Al带有补偿功能，且ISFET放大器和REFET放大器A2对称连接。电流源Itl和I1提供的电流相等，且它们的输入端均连接电源Vdd，电流源Itl的输出端与晶体管M2的源极相连，ISFET放大器Al的反相输入端和电阻Rd的一端相连接；电流源I1的输出端与晶体管M3的源极相连，REFET放大器A2的反相输入端和电阻Rd的另一端相连接；晶体管M2的栅极与ISFET放大器Al的输出端连接，晶体管M2的漏极与晶体管Ml的漏极和栅极均相连接；晶体管Ml的源极接地，晶体管M3的漏极与晶体管M4的漏极和栅极均相连接；晶体管M4的的源极接地；晶体管M4和M5组成镜像电流源，晶体管M5的漏极与晶体管M6的漏极和栅极均相连接；晶体管M6的源极接电源；晶体管M6同M7组成镜像电流源，晶体管Ml同M8也组成镜像电流源；晶体管M7和M8的漏极与放大器A3的反相端连接，放大器A3的正向端同共模电压连接，输出电阻R。跨接在放大器A3的反相端和输出端之间。
[0033]由图2可见，ISFET放大器Al和REFET放大器A2对称连接，且ISFET放大器Al与晶体管M2以跟随形式连接(所谓跟随形式连接指的是运算放大器Al的输出端同M2的栅极电压相连，M2的源极反馈到放大器Al的反相输入端，这样放大器Al的反相输入端的电压就能够跟随放大器Al的正相输入端，即ISFET电极上的电压)，REFET放大器A2与晶体管M3也以跟随形式连接，电阻Rd分别与ISFET放大器Al和REFET放大器A2的反相端连接，形成差分电流放大电路，通过晶体管Ml和M8组成的镜像电流源将晶体管M2支路的电流镜像到晶体管M8，通过晶体管M4和M5，晶体管M6和M7组成的镜像电流源将晶体管M3支路的电流镜像到晶体管M7,晶体管M7和M8的漏源电流差，通过放大器A3和输出电阻R。组成的跨阻放大器转换成电压信号输出。
[0034]图3是图2中所示的ISFET传感器读出电路中的ISFET放大器Al的电路图。如图3所示，ISFET放大器Al包括一个ISFET、多个晶体管Mla?M16a、一个恒流源Itla、两个电阻Rla、R2a、一个放大器AO。ISFET的源极与晶体管M2a的源极、恒流源Itla的输入端均连接，晶体管Mla的漏极与晶体管M3a的源极相连，晶体管M3a的漏极与晶体管M5a的漏极和栅极相连；晶体管M5a和M8a组成镜像电流源，晶体管M4a的漏极与晶体管M6a的漏极和栅极相连，晶体管1163和M7a组成镜像电流源，晶体管M7a的漏极与晶体管M9a的漏极和栅极相连接，晶体管M9a和MlOa组成镜像电流源，晶体管M8a和MlOa的漏极与ISFET放大器Al的输出端连接。晶体管Mlla?M16a、电阻Rla、R2jP放大器AO组成了 ISFET漏源电压控制电路用来保持ISFET和晶体管M2a漏源电压恒定，其中电阻Rla的一端与晶体管M3a和M4a的栅极、晶体管Mlla的漏极相连，电阻Rla的另一端与ISFET和晶体管M2a的源极、晶体管M12a的漏极相连，晶体管Mlla的栅极与晶体管M14a的栅极、晶体管M15的a栅极和漏极连接，晶体管Mlla和M14a两路共同镜像M15a的电流，晶体管M14a的漏极与晶体管M12a的栅极、晶体管M13a的漏极、M13a的栅极均连接，晶体管M15a的漏极同晶体管M16a的漏极连接，放大器AO的输出端与晶体管M16a的栅极连接，放大器AO的反相端与电阻R2a的一端、晶体管M16a的源极均连接，晶体管M8a、M5a、M6a、M7a、Mlla、M14a和M15a的源极与电源Vdd连接，晶体管M9a、M10a、M12a、M13a的源极、恒流源的Itla输出端以及电阻R2a的另一端同Gnd连接(接地)。
[0035]由图3可知，ISFET和晶体管M2a?MlOa组成了一个差分输入单端输出的放大器，只不过将放大器的正相输入端的晶体管用ISFET代替，通过恒定电流源Itla来恒定ISFET和晶体管M2a的漏源电流，通过电压控制电压源电路来固定ISFET和晶体管M2a的漏源电压，图3中Mlla~M16a、电阻Rla、电阻R2a和放大器AO组成了可调电压控制电路，通过放大器AO的正相输入端电压来调节电阻Rla上的电压降，从而达到控制ISFET漏源电压的目的。
[0036]ISFET传感器读出电路中REFET放大器A2如图4所示，REFET放大器A2包括一个REFET、多个晶体管Mlb~M16b、一个恒流源Itlb和一个电阻Rlb。REFET和晶体管M2b的源极、恒流源Itlb输入端均连接，REFET的漏极同晶体管M3b的源极相连，晶体管M3b的漏极与晶体管M5b的漏极、栅极均相连，晶体管M5b和MSb组成镜像电流源，晶体管M4b的漏极与晶体管M6b的漏极、栅极均相连，晶体管M6b和M7b组成镜像电流源，晶体管M7b的漏极与晶体管M9b的漏极、栅极均相连接，晶体管M9b和MlOb组成镜像电流源，晶体管M8b和MlOb的漏极与REFET放大器A2的输出端连接，晶体管Mllb~M16b、电阻Rlb和电流源Ilb组成了 REFET的漏源电压控制电路，用来保持REFET和晶体管M2b漏源电压恒定，其中电阻Rlb的一端与晶体管M3b、晶体管M4b的栅极、晶体管Mllb的漏极均相连，电阻Rlb的另一端与REFET的源极、晶体管M2b的源极、晶体管M12b的漏极均相连，晶体管Mllb的栅极与晶体管M14b的栅极相连，晶体管M15b的栅极与其漏极连接，晶体管Mllb和M14b共同镜像晶体管M15b的电流，晶体管M14b的漏极与晶体管M12b的栅极、晶体管M13b的漏极、晶体管M13b的栅极连接，晶体管M15b的漏极与电流源Ilb的输入端连接，晶体管M8b、M5b、M6b、M7b、Mllb、M14b和M15b的源极与电源Vdd连接，晶体管M9b、M10b、M12b、M13b的源极，以及电源流Itlb和Ilb的输出端均与Gnd连接(接地)。
[0037]由图4可见，REFET和晶体管M2b~MlOb组成了一个差分输入单端输出的放大器，同样将放大器的正相输入端的晶体管用REFET代替，通过恒定电流源Itlb来恒定REFET和晶体管M2b的漏源电流，通过电流控制电压源电路来固定REFET和晶体管M2b的漏源电压，图4中晶体管Mllb~M16b、电阻Rlb和电流源Ilb组成了电流控制电压源。
[0038]根据ISFET的工作原理，ISFET传感器读出电路首先需要提供ISFET恒定电流和恒定电压偏置条件。由电化学的Nernst方程和ISFET的转移特性可得，当ISFET工作在饱和区时，其漏源电流:
[0039] Ins = —/.1llC1rix —(K； -('-S- pHy(} + PiVns)(I)
ZIj
[0040]当ISFET工作在线性区时，则:
[0041]Ids = LillC '.αχ —[(K； -C-S- pHWns ~ — V\i)S]ι2)
[0042]其中，μ n为表面电荷迁移率，Cox为单位面积绝缘栅电容，Vds为漏源电压，W/L为沟道宽长比；C、s和λ均为常数，Ve为ISFET的栅电位，pH为溶液的pH值，C为ISFET的源极电压和ISFET阈值电压以及Nernst电压中与溶液pH值无关的常量部分之和，S为ISFET的灵敏度，λ为ISFET的沟道调制系数。
[0043]由上面的分析可以看到，如果保持ISFET的漏源电压Vds和漏源电流Ids恒定，则敏感膜上的电位\与溶液的pH值呈线性关系，按照此原理可设计出相应的传感器读出电路。
[0044]图3所示的ISFET放大器Al和图4所示的REFET放大器A2分别介绍了如何保持ISFET和REFET漏源电压Vds和漏源电流Ids的恒定。如图2所示，ISFET放大器Al和REFET放大器A2在差分电路中接成跟随形式，M2a和M2b的栅极电压分别跟随ISFET和REFET栅极的电压，所以ISFET的漏源电流Ids由图3中的恒流源Itla决定:
[0045]Ids(isfet) — I(ia/2⑶
[0046]同样，REFET的漏源电流Ids由图4中的恒流源Itlb决定
[0047]Ids(refet) — ^ob/2(4)
[0048]如图3所示，ISFET漏源电压Vds由电压控制电压源决定，首先通过系统提供的补偿控制电压改变电阻R2a的电流，进而通过镜像电流源改变流过电阻Rla的电流，从而改变电阻Rla两端的电压，从而控制ISFET的漏源电压VDS(ISFET)。
[0049]如图4所示，REFET漏源电压Vds由电流控制电压源决定，首先电源源Ilb通过镜像电流源决定流过电阻Rlb的电流大小，进而决定两端的电阻Rlb的电压降，从而决定REFET
的漏源电压VDS(KEFET)。
[0050]将准参比电极(PRE)置于待测液中、所有ISFET栅极和REFET栅极暴露于溶液中，将PRE偏置于Vref，溶液中的待测离子与ISFET敏感膜作用，在ISFET栅极和REFET栅极产生差分电压。如图2所示，ISFET放大器Al的反相端将跟随ISFET栅极上的电压，REFET反相端将跟随REFET栅极上的电压，ISFET栅极和REFET栅极产生差分电压将作用于电阻Rd:
[0051]Id — (V1Sfet-Vrefet)/Rd(5)
[0052]则通过晶体管M2的电流为:
[0053]Im2 = 10-1d(6)
[0054]则通过晶体管M3的电流为:
[0055]Im3 = VId(7)
[0056]晶体管M8镜像Ml的电流，晶体管M4、M5、M6和M7组成镜像电流源，晶体管M7镜像M4的电流，则通过跨阻的电流为:
[0057]Ieo = I「10+2Id(8)
[0058]由于I。等于I1，所以:
[0059]Ieo = 2Id(9)
[0060]故将式(9)代入式(5)有:
[0061 ] V0 = 2 (Visfet-Veefet) R0/Rd(10)
[0062]各通路的输出电压Vtj可以直接并行输出，也可以通过模拟多路选择器串行输出，用户可以根据需要进行选择。
[0063]此种差分结构可以消除系统的共模误差，克服由于参比电极电压的不稳定，溶液-敏感膜表面势引入的失调，克服器件温漂的影响。此外敏感膜的长时间漂移特性也会影响溶液的测试精度，但REFET表面对钝化膜性能稳定，所以系统需要对ISFET进行补偿，其原理是当ISFET表明电压产生漂移时，由公式(I)和MOS管道电流电压特性，通过对ISFET漏源电压Vds进行微调，从而克服其栅电压Ve的漂移。
[0064]由于ISFET长时间漂移具有随机性，无规律可循，但其变化相对缓慢，因此系统可以通过补偿算法控制ISFET传感器读出电路的补偿端口，对ISFET传感器进行补偿。
[0065]其补偿原理如图5所示，所述装置的所有检测通道共享一个模数转换器ADC、一个补偿模块和一个数模转换器DAC，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ADC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DAC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。
[0066]该补偿控制电压的大小由补偿模块计算出，系统中的数模转换器DAC将该补偿控制电压输出给ISFET传感器读出电路的补偿端口，并通过改变Vds来调节ISFET传感器栅极电压的漂移。
[0067]所述ISFET传感器读出电路的补偿端口即为ISFET放大器Al的补偿端口。
[0068]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种多通道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。
2.如权利要求1所述的多通道ISFET传感器阵列读出电路，其特征在于，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。
3.如权利要求2所述的多通道ISFET传感器阵列读出电路，其特征在于，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。
4.如权利要求3所述的多通道ISFET传感器阵列读出电路，其特征在于，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。
5.如权利要求4所述的多通道ISFET传感器阵列读出电路，其特征在于，每个ISFET传感器读出电路包括一个ISFET、一个REFET和一个与该ISFET、REFET匹配的信号处理电路。
6.如权利要求5所述的多通道ISFET传感器阵列读出电路，其特征在于， 所述信号处理电路包括一个ISFET放大器(Al)、一个REFET放大器(A2)、第一至第八晶体管(Ml~M8)、一个电阻(Rd)和一个跨阻放大器，所述跨阻放大器包括放大器(A3)和输出电阻(R。)； 所述ISFET放大器(Al)和REFET放大器(A2)对称连接，且所述ISFET放大器(Al)与第二晶体管(M2)以跟随形式连接，所述REFET放大器(A2)与第三晶体管(M3)也以跟随形式连接； 所述电阻(Rd)分别与该IS FET放大器(Al)和REFET放大器(A2)的反相端连接，形成差分电流放大电路； 通过第一晶体管(Ml)和第八晶体管(M8)组成的镜像电流源将第二晶体管(M2)支路的电流镜像到第八晶体管(M8);通过第四晶体管(M4)和第五晶体管(M5)，第六晶体管(M6)和第七晶体管(M7)组成的镜像电流源将第三晶体管(M3)支路的电流镜像到第七晶体管(M7)； 第七晶体管(M7)和第八晶体管(M8)的漏源电流差，通过所述跨阻放大器转换成电压并输出。
7.如权利要求6所述的多通道ISFET传感器阵列读出电路，其特征在于，所述ISFET放大器(Al)包括一个ISFET、多个晶体管(M2a~M16a)、一个恒流源(Ij、两个电阻(Rla、R2a)和一个放大器(AO)； 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(Itla)来恒定所述ISFET和其中一个晶体管(M2a)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(M2a)的漏源电压，以控制所述ISFET的漏源电压。
8.如权利要求6所述的多通道ISFET传感器阵列读出电路，其特征在于，所述REFET放大器(A2)包括一个REFET、多个晶体管(M2b~M16b)、一个恒流源(Itlb)和一个电阻(Rlb)； 所述REFET和所述多个晶体管中的一部分(M2b~MlOb)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(Itlb)来恒定所述REFET和其中一个晶体管(M2b)的漏源电流，通过多个晶体管中的另一部分(Mllb~M16b)、所述电阻(Rlb)和所述电流源(Ilb)组成的电流控制电压源电路来固定所述REFET和该晶体管(M2b)的漏源电压。
9.如权利要求1所述的多通道ISFET传感器阵列读出电路，其特征在于， 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。
【文档编号】G01N27/414GK103472114SQ201210186726
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年6月7日 优先权日:2012年6月7日
【发明者】吴其松, 杨海钢, 程小燕, 尹韬 申请人:中国科学院电子学研究所