روش جدید اندازه‌گیری ظرفیت خازنی برای زیست حسگر های مبتنی بر CMOS

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی برق و انرژی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بناب، بناب، ایران

چکیده

در چند دهه اخیر، محققان زیادی درزمینه حسگرهای خازنی CMOS با کاربرد زیست پزشکی فعالیت داشته‌اند. یکی از روش‌های پرکاربرد در این زمینه جهت تشخیص خازن، روش اندازه‌گیری خازن مبتنی بر بار است. در این مقاله یک روش جدید برای اندازه‌گیری ظرفیت خازنی ارائه‌شده که با دقت بالایی عمل تبدیل بار خازنی به جریان را انجام می‌دهد. برای تشخیص ظرفیت خازنی به‌جای استفاده از تعدادی ترانزیستور برای کنترل فرایند شارژ و دشارژ خازنی، از ولتاژ تغذیه دینامیکی استفاده می‌شود. حذف ترانزیستورهای کنترل‌کننده اثر خازن انگلی آن‌ها را از بین می‌برد و درنتیجه دقت تشخیص خازنی را بهبود می‌بخشد و منجر به افزایش فرکانس کاری نیز می‌شود. همچنین، در طبقه آینه جریان یک مقایسه کننده برای کاهش اثرات مدولاسیون طول کانال به‌کاربرده شده است که آینه جریان را با دقت بالایی انجام می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Novel Method of Capacitance Measurement Dedicated to CMOS-based Biosensor

نویسنده [English]

  • Tayebeh Azadmousavi
Department of Electrical Engineering, University of Bonab, Bonab, Iran
چکیده [English]

This work presents a novel and high-precision technique for capacitance measurement based on converting the capacitance charge to current. For capacitance detection, unlike the conventional methods that utilized transistors to control the charging and discharging process of capacitance, a dynamic supply voltage is employed. Eliminating the controlling transistors removes their parasitic capacitance effect, thereby improving the precision of the detection process and enabling operation at higher frequencies. Meanwhile, the consumed area will be diminished and making it a good candidate for the implementation of an array of sensors. Also, the current mirror stage incorporates a comparator to diminish channel-length modulation’s effects that provide high-accuracy mirroring. Post-layout simulation results using CADENCE for a 180 nm CMOS process are achieved. The designed structure shows a wide input dynamic range of 150 fF with zero power dissipation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Capacitive biosensor
  • Charge-based capacitance measurement
  • CMOS
  • accuracy