專利名稱：用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路。
背景技術(shù)：
巨磁阻(GMR)生物傳感器于1998年由美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室率先開發(fā)成功，最初用于 DNA因子，抗原-抗體，施體和受體的探測(cè)和分析，目前逐步擴(kuò)展到腫瘤，癌癥等疾病的免疫診斷，環(huán)境監(jiān)測(cè)，流行性病毒的探測(cè)和預(yù)防中，是一門由生物，化學(xué)，物理，醫(yī)學(xué)，微電子技術(shù)等多種學(xué)科互相交叉滲透而發(fā)展起來的高新技術(shù)。該技術(shù)具有靈敏度高，生物特異性好，適于自動(dòng)化分析和實(shí)時(shí)檢測(cè)的特點(diǎn)。GMR生物傳感器的檢測(cè)首先是將傳感器中變化的生物信號(hào)轉(zhuǎn)換為可知的電流，電壓等電信號(hào)，再通過適當(dāng)?shù)姆糯螅?，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出到數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中，最終實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)的分析檢測(cè)。傳統(tǒng)的GMR生物傳感器檢測(cè)系統(tǒng)多采用電流型的系統(tǒng)檢測(cè)方案，規(guī)模龐大，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，且由于生物傳感器輸出電流在ηΑΛιΑ的數(shù)量級(jí)上，易受環(huán)境，檢測(cè)系統(tǒng)等外界因素的干擾，造成檢測(cè)精度下降。近年來CMOS工藝的飛速發(fā)展，使得GMR生物傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)的單芯片集成成為可能。這種將生化反應(yīng)，傳感器及檢測(cè)電路集成在同一芯片的檢測(cè)系統(tǒng)，具有高性能，低功耗，微體積，人工智能等特點(diǎn)，不易受到來自外部環(huán)境噪聲的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)生物傳感器信號(hào)快速，實(shí)時(shí)的檢測(cè)，作為生化領(lǐng)域與微電子領(lǐng)域的重要結(jié)合，是本世紀(jì)重要的研究方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種改進(jìn)的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種改進(jìn)的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路包括帶隙基準(zhǔn)電壓源、傳感器電壓產(chǎn)生電路、5bit參考電壓產(chǎn)生電路、電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路以及流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器。所述帶隙基準(zhǔn)電壓源為所述傳感器電壓產(chǎn)生電路及所述^Dit參考電壓產(chǎn)生電路提供激勵(lì)電壓基準(zhǔn)，并為所述傳感器電壓產(chǎn)生電路、所述參考電壓產(chǎn)生電路和電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路提供偏置電壓；所述傳感器電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓；所述參考電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生與所述巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓相對(duì)應(yīng)的參考電壓，并將所述參考電壓與所述巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓進(jìn)行比較；所述電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路用于對(duì)所述巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓及所述參考電壓進(jìn)行采樣，并放大至所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍；所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路輸出的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字碼輸出，完成檢測(cè)。本發(fā)明通過采用電壓檢測(cè)和單芯片全集成的方式，由帶隙基準(zhǔn)電壓源提供恒定的不隨溫度，工藝和負(fù)載變化的傳感器陣列激勵(lì)電壓，分別加載給傳感器電壓產(chǎn)生電路和 5bit參考電壓產(chǎn)生電路，產(chǎn)生傳感器電阻檢測(cè)電壓和與之相對(duì)應(yīng)的參考電壓。參考電壓輸出至電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路進(jìn)行比較后，再由電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路對(duì)二者電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，放大至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍。最終由流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字碼，完成檢測(cè)。時(shí)鐘產(chǎn)生電路為電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路提供片內(nèi)時(shí)鐘基準(zhǔn)， 無需外部配置，適用于巨磁阻生物傳感器檢測(cè)單芯片系統(tǒng)中。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1所示模擬前端檢測(cè)電路中單位增益緩沖器的電路示意圖； 圖3是圖1所示模擬前端檢測(cè)電路中電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路的電路示意圖； 圖4是圖1所示電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路中運(yùn)算放大器的電路示意圖； 圖5是圖1所示電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路中運(yùn)算放大器的頻率特性仿真結(jié)果； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)覆蓋8K-1I巨磁阻生物傳感器電阻陣列范圍內(nèi)的數(shù)字碼輸出的示意圖7是本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)覆蓋8K-1I巨磁阻生物傳感器電阻陣列范圍內(nèi)的數(shù)字碼輸出的細(xì)部特征的示意圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的改進(jìn)的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路的FFT 仿真結(jié)果的示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路包括帶隙基準(zhǔn)電壓源、傳感器電壓產(chǎn)生電路、5bit參考電壓產(chǎn)生電路、電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路以及流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器。帶隙基準(zhǔn)電壓源為傳感器電壓產(chǎn)生電路及^Dit參考電壓產(chǎn)生電路提供激勵(lì)電壓基準(zhǔn)，并為傳感器電壓產(chǎn)生電路、5bit參考電壓產(chǎn)生電路和電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路提供偏置電壓。傳感器電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓。^Dit參考電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生與所述巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓相對(duì)應(yīng)的參考電壓，并將所述參考電壓與所述巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓進(jìn)行比較；這里進(jìn)行比較的意義是使檢測(cè)電壓在采樣保持電路中得到正負(fù)相位的等量放大。電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路用于對(duì)巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓及參考電壓進(jìn)行采樣，并放大至流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍。時(shí)鐘產(chǎn)生電路為電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路提供高精度的時(shí)鐘基準(zhǔn)。流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路輸出的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字碼輸出，完成檢測(cè)。其中，傳感器電壓產(chǎn)生電路包括傳感器電壓產(chǎn)生電路包括第一單位增益緩沖器、 第二單位增益緩沖器、分壓電阻R1^2及巨磁阻生物傳感器電阻陣列；所述第一單位增益緩
5沖器對(duì)所述帶隙基準(zhǔn)電壓源輸出的偏置電壓和所述參考電壓產(chǎn)生電路輸出的巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓進(jìn)行隔離保護(hù)，減小開關(guān)通斷對(duì)輸出電壓值的影響；所述分壓電阻R1通過所述分壓電阻&與所述巨磁阻生物傳感器電阻陣列連接，在分壓電阻之間 R1^ &產(chǎn)生巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓；所述巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓輸出至第二單位增益緩沖器。采用兩個(gè)分壓電阻串聯(lián)的目的在于一方面巨磁阻生物巨磁阻生物傳感器電阻陣列有嚴(yán)格的壓降限制，在電阻陣列上的過大壓降將導(dǎo)致生物傳感器失效；另一方面，單位增益緩沖器的輸入管開啟電壓限制，輸出的巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓如果過低，將導(dǎo)致單位增益緩沖器不能工作在飽和區(qū)，造成檢測(cè)電壓輸出偏差。 因此需要對(duì)兩個(gè)分壓電阻進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使檢測(cè)電壓輸出在合理的區(qū)間內(nèi)，保證檢測(cè)系統(tǒng)正常的工作狀態(tài)。檢測(cè)電壓經(jīng)第二單位增益緩沖器隔離后輸出至電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路。^it參考電壓產(chǎn)生電路包括第三單位增益緩沖器、第四單位增益緩沖器、分壓電阻R3、R4及和^it參考電阻陣列；所述第三單位增益緩沖器對(duì)所述帶隙基準(zhǔn)電壓源輸出的偏置電壓和所述參考電壓產(chǎn)生電路輸出的巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓進(jìn)行隔離保護(hù)，減小開關(guān)通斷對(duì)輸出電壓值的影響；所述分壓電阻R3通過所述分壓電阻R4與所述^Dit參考電阻陣列連接，產(chǎn)生與巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓相對(duì)應(yīng)的參考電壓；所述參考電壓輸出至第四單位增益緩沖器。采用這種結(jié)構(gòu)的原因是(1)后級(jí)電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路為全差分輸入，為了保證巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓能夠正負(fù)向等大進(jìn)行放大，滿足流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入擺幅要求，需要選取一個(gè)參考電壓值位于巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓的中心附近。(2) 5bit參考電阻陣列包含20 個(gè)片內(nèi)電阻，目的是能覆蓋傳感器電阻因溫度，工藝漂移造成的輸出電壓偏差。通過選擇合適的編碼，能使參考電壓始終處于巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓的中心。(3)由于 ^Dit參考電壓產(chǎn)生電路采用與傳感器電壓產(chǎn)生電路類似的結(jié)構(gòu)，使兩部分電路在片內(nèi)的電源，地和周邊環(huán)境具有很高的一致性，避免了由于參考電壓抖動(dòng)造成的檢測(cè)精度下降。參見圖2，本發(fā)明實(shí)施例中的第一單位增益緩沖器、第二單位增益緩沖器、第三單位增益緩沖器及第四單位增益緩沖器采用單級(jí)折疊共源共柵運(yùn)放結(jié)構(gòu)，其中輸入級(jí)PMOS 管MO為電流源，PMOS管M1，M2為輸入管。第一級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)包括PMOS管M3、M4、M5、M6以 ^ΝΜΟΞ^ΜΤ,Μδ,ΜΘ,ΜΙΟο參見圖3，電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路中的開關(guān)由兩向三類非交疊時(shí)鐘控制， clkl，clk2及clkla，其中clkla與clkl同向，但先于clkl關(guān)斷。clk2與clkl反向不交疊。在clkl，clkla為高電平時(shí)，輸入端開關(guān)Si，Slb導(dǎo)通，將巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓與參考電壓vref采樣至采樣電容Cla，Clb上，將二者作差。因此由參考電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生的參考電壓vref應(yīng)選擇為電阻陣列檢測(cè)電壓的中間值，保證電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路對(duì)檢測(cè)電壓的正負(fù)向等大放大。開關(guān)S3，S!3b，S4導(dǎo)通，將輸入共模信號(hào)vcm_ in輸入至運(yùn)放輸入管M0，Ml ；輸出端開關(guān)S5，S5b導(dǎo)通，將輸出共模信號(hào)Vcm_0Ut加載在增益電容的一側(cè)極板上。開關(guān)S7導(dǎo)通，將差分輸出短接，消除殘余電荷。在clk2為高電平時(shí)，輸入端開關(guān)S2導(dǎo)通，將差分輸入短接，消除殘余電荷。輸出端開關(guān)S6，S6b導(dǎo)通，將采樣電容上的電荷轉(zhuǎn)移到增益電容上，進(jìn)行放大輸出。最終輸出給后級(jí)流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化，輸出數(shù)字碼，完成檢測(cè)。
參見圖4，電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路中的運(yùn)放采用單級(jí)增益自舉結(jié)構(gòu)，由主運(yùn)放，N型輔運(yùn)放，P型輔運(yùn)放組成。主運(yùn)放采用共源共柵套筒結(jié)構(gòu)，由NMOS管M0、M1、M2、 M3、M4，PMOS管M5、M6、M7、M8組成，尾電流管MO由偏置電壓vbias控制，M1、M2為輸入管， 采用最小L值，提高了運(yùn)放的工作頻率。PMOS管M5、M6、M7、M8及匪OS管M3、M4采用較大 L值，以提供70dB以上的開環(huán)增益。N型輔運(yùn)放，P型輔運(yùn)放都采用折疊共源共柵結(jié)構(gòu)，對(duì)主運(yùn)放共柵管進(jìn)行偏置，通過增強(qiáng)輸出阻抗來提高運(yùn)放增益，從而提高了電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路的精度，使之滿足9bit以上的精度要求。圖5是運(yùn)放頻率特性的仿真結(jié)果， 增益119dB，單位增益帶寬498 MHZ，相位裕度63度。由于GMR生物傳感器需要工作在廣10MHZ左右的時(shí)鐘頻率上，且在8 12K電阻值變化的范圍內(nèi)需要檢測(cè)最小分辨率為16歐左右的電阻變化，因此要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有壙10位的精度，所以流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器就是最好的選擇。本發(fā)明提供8bit/20MHZ流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為模擬與數(shù)字接口。圖6，圖7是本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)覆蓋8K-1I巨磁阻生物傳感器電阻陣列范圍內(nèi)的數(shù)字碼輸出，數(shù)字碼流從218至30連續(xù)輸出，中間無失碼現(xiàn)象發(fā)生，通過設(shè)置AD參考電壓范圍，可實(shí)現(xiàn)0至255個(gè)數(shù)字碼流的完整輸出，技術(shù)效果良好。圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路輸入 9MHZ正弦信號(hào)，20MHZ時(shí)鐘信號(hào)的FFT仿真結(jié)果，可見SFDR為49dB，精度約為7. 2 bit，在 8K-12K巨磁阻生物傳感器電阻陣列范圍內(nèi)，可檢測(cè)最小約為8歐姆的電阻值，技術(shù)效果良好。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路，具有以下有益效果
(1)本發(fā)明通過采用電壓檢測(cè)和單芯片全集成的方式，相比原有的電流檢測(cè)板極方案， 降低了成本，集成度，靈敏度高；
(2)由帶隙基準(zhǔn)電壓源提供恒定的不隨溫度，工藝和負(fù)載變化的傳感器陣列激勵(lì)電
壓；
(3)采用與傳感器電壓產(chǎn)生電路類似的^Dit參考電壓產(chǎn)生電路，覆蓋了傳感器電阻因工藝漂移造成的檢測(cè)電壓偏差，使參考電壓始終處于巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓的中心；且避免了電源，地和周邊環(huán)境不同造成的參考電壓抖動(dòng)，提高了檢測(cè)精度；
(4)由電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路對(duì)檢測(cè)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，放大至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍；
(5)提供了一種8bit/20MHZ流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為模擬與數(shù)字接口，將模擬巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字碼輸出，完成檢測(cè)；
(6)時(shí)鐘產(chǎn)生電路為電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路提供片內(nèi)時(shí)鐘基準(zhǔn)，無需外部配置，簡(jiǎn)化了模擬前端電路的應(yīng)用難度，適用于巨磁阻生物傳感器檢測(cè)單芯片系統(tǒng)中。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路，其特征在于包括帶隙基準(zhǔn)電壓源、傳感器電壓產(chǎn)生電路、5bit參考電壓產(chǎn)生電路、電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路以及流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述帶隙基準(zhǔn)電壓源為所述傳感器電壓產(chǎn)生電路及所述參考電壓產(chǎn)生電路提供激勵(lì)電壓基準(zhǔn)，并為所述傳感器電壓產(chǎn)生電路、所述參考電壓產(chǎn)生電路和所述電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路提供偏置電壓；所述傳感器電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓； 所述^Dit參考電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生與所述巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓相對(duì)應(yīng)的參考電壓，并將所述參考電壓與所述巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓進(jìn)行比較；所述電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路用于對(duì)所述巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓及所述參考電壓進(jìn)行采樣，并放大至所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍；所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路輸出的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字碼輸出，完成檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路，其特征在于 所述傳感器電壓產(chǎn)生電路包括第一單位增益緩沖器、第二單位增益緩沖器、分壓電阻隊(duì)、&及巨磁阻生物傳感器電阻陣列；所述第一單位增益緩沖器對(duì)所述帶隙基準(zhǔn)電壓源輸出的偏置電壓和所述參考電壓產(chǎn)生電路輸出的巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓進(jìn)行隔離保護(hù)，減小開關(guān)通斷對(duì)輸出電壓值的影響；所述分壓電阻R1通過所述分壓電阻& 與所述巨磁阻生物傳感器電阻陣列連接，在分壓電阻之間禮、&產(chǎn)生巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓；所述巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓輸出至第二單位增益緩沖器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路，其特征在于 所述^Dit參考電壓產(chǎn)生電路包括第三單位增益緩沖器、第四單位增益緩沖器、分壓電阻R3、R4及和^it參考電阻陣列；所述第三單位增益緩沖器對(duì)所述帶隙基準(zhǔn)電壓源輸出的偏置電壓和所述參考電壓產(chǎn)生電路輸出的巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓進(jìn)行隔離保護(hù)，減小開關(guān)通斷對(duì)輸出電壓值的影響；所述分壓電阻R3通過所述分壓電阻R4與所述^Dit參考電阻陣列連接，產(chǎn)生與巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓相對(duì)應(yīng)的參考電壓；所述參考電壓輸出至第四單位增益緩沖器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路，其特征在于所述第一單位增益緩沖器、第二單位增益緩沖器、第三單位增益緩沖器及第四單位增益緩沖器采用單級(jí)折疊共源共柵運(yùn)放結(jié)構(gòu)，其中輸入級(jí)PMOS管MO為電流源，PMOS管M1， M2為輸入管，第一級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)包括PMOS管M3、M4、M5、M6，以及匪OS管M7、M8、M9、M10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路，其特征在于， 所述電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路包括電連接的運(yùn)算放大器、開關(guān)、采樣電容及增益電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路，其特征在于 所述運(yùn)算放大器包括主運(yùn)放、N型輔運(yùn)放及P型輔運(yùn)放；所述主運(yùn)放采用共源共柵套筒結(jié)構(gòu)；所述N型輔運(yùn)放，P型輔運(yùn)放采用折疊共源共柵結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路，其特征在于所述開關(guān)由兩向三類非交疊時(shí)鐘控制；所述兩向三類非交疊時(shí)鐘包括clkl、clk2及 clkla ；其中，所述clkla與clkl同向，但先于所述clkl關(guān)斷；所述clk2與clkl反向，且與clkl不交疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路，其特征在于 所述開關(guān)包括開關(guān)Si、Sib、S2、S3、S3b、S4、S5、S5b、S6、S6b及S7 ；所述采樣電容包括Cla、Clb ；所述增益電容包括C2a，C2b ；當(dāng)所述clkla為高電平時(shí)，在輸入端開關(guān)Si、Slb導(dǎo)通，將巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓與參考電壓采樣至采樣電容Cla、Clb上；開關(guān)S3、S3b、S4導(dǎo)通，將輸入共模信號(hào)輸入至運(yùn)算放大器；在輸出端開關(guān)S5、S5b導(dǎo)通，將輸出共模信號(hào)加載在增益電容C2a， C2b的一側(cè)極板上；開關(guān)S7導(dǎo)通，將差分輸出短接，消除殘余電荷；當(dāng)clk2為高電平時(shí)，在輸入端開關(guān)S2導(dǎo)通，將差分輸入短接，消除殘余電荷；在輸出端開關(guān)S6、S6b導(dǎo)通，將采樣電容Cla、Clb上的電荷轉(zhuǎn)移到增益電容C2a，C2b上，進(jìn)行放大輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路，其特征在于， 還包括時(shí)鐘產(chǎn)生電路，所述時(shí)鐘產(chǎn)生電路為電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路提供高精度的時(shí)鐘基準(zhǔn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路，其特征在于 所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用8bit/20MHZ流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于巨磁阻生物傳感器的模擬前端檢測(cè)電路，其包括帶隙基準(zhǔn)電壓源、傳感器電壓產(chǎn)生電路、5bit參考電壓產(chǎn)生電路、電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路以及流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明采用單芯片全集成及電壓檢測(cè)的方式，有效提取了巨磁阻生物傳感器中的微弱電壓信號(hào)，并利用電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)電容采樣保持電路對(duì)巨磁阻生物傳感器電阻陣列檢測(cè)電壓進(jìn)行采樣，合理放大至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍，最終由模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字檢測(cè)結(jié)果。
文檔編號(hào)H03M1/54GK102339084SQ20111014037
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者胡曉宇, 范軍, 陳鋮穎, 黑勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所