[发明专利]一种电流型信号检测模拟前端电路

说明书

技术领域

本发明涉及CMOS模拟集成电路设计技术领域，具体涉及一种电流型信号检测模拟前端电路。

背景技术

随着全球经济的发展，人们保健意识的提高，全球卫生医疗行业得到了快速的发展。免疫分析技术作为体外诊断重要的方式，具有高度的准确性和特异性，因而在临床检验领域中倍受重视，成为医疗检验方法中最为重要的技术之一。美国海军实验室于1998年率先开发成功磁敏型巨磁阻生物传感器，该生物传感器最初用于DNA因子、抗原-抗体、施体和受体的探测和分析，并逐步扩展到肿瘤，心脏病等疾病的免疫分析诊断中，具有灵敏度高、生物特异性好的特点，非常适合小型医疗仪器的自动化分析和实时检测。目前国外的研究机构及公司在基于磁敏巨磁阻传感器生物芯片的研究和制备领域处于垄断地位，产品价格昂贵，因此重点研究生物传感器和信号读取电路单片集成的生物芯片，并开发与之配套的低成本、高灵敏度、快速定量的免疫检测仪，满足医院心内科、急诊科以及中小医疗机构的需求，具有重要的社会意义和经济价值。

磁敏型巨磁阻生物传感器的检测首先是将传感器中变化的生物信号转换为可知的电流、电压等电信号，再通过适当的放大和整形，通过模数转换器转换为数字信号输出到数字信号处理系统中，最终实现传感器信号的分析检测。国内在生物检测芯片，尤其是基于CMOS技术的生物检测芯片的发展较晚。清华大学、中国科学院物理所、同济大学等，自2005年起，对巨磁阻生物传感器阵列设计、传感器材料选取、磁性标记与输出信号处理等方面进行了相应的研究，但是还处于对磁敏传感器的研究阶段，关于读出电路及生物芯片设计方面的研究还很少，因此开展相关研究，追赶国际步伐迫在眉睫。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种电流型信号检测模拟前端电路，以解决磁敏生物传感器检测电路精度较差、成本较高以及规模较大的问题，达到高精度、单芯片、全集成的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种电流型信号检测模拟前端电路，该电路包括带隙基准源10、电流镜11、缓冲器12、跨阻放大器13以及逐次逼近模数转换器14；其中：所述带隙基准源10用于产生电流镜11所需的10μA电流，并提供300mV的偏置电压；所述电流镜11将300mV偏置电压镜像加载到与该电路连接的磁敏生物传感器阵列上，将磁敏生物传感器阵列上的等效电阻变化转换为电流变化，并为检测电流提供输出通路；所述缓冲器12用于降低电流镜11、跨阻放大器13和逐次逼近模数转换器14的电路抖动对300mV偏置电压的影响；所述跨阻放大器13将检测电流转换为电压，并放大至逐次逼近模数转换器14的最大输入摆幅范围；所述逐次逼近模数转换器14将检测电压转换为数字码，输出至数字处理器(DSP)进行信息处理，完成检测。

上述方案中，所述带隙基准源10用于产生电流镜所需的10μA电流，并提供300mV的偏置电压。

上述方案中，所述电流镜11包括两个PMOS管和两个NMOS管，第一PMOS管(PM0)和第一NMOS管(NM0)接成二极管连接形式，与第二PMOS管(PM1)和第二NMOS管(NM1)构成电流镜电路，将带隙基准源10产生的10μA电流和300mV偏置电压加载至与该电路连接的磁敏生物传感器阵列，将磁敏生物传感器阵列上的等效电阻变化转换为电流变化。

上述方案中，所述缓冲器12用于对带隙基准源10输出300mV电压与后级电路进行隔离保护，减小电流镜11、跨阻放大器13和逐次逼近模数转换器14的电路噪声和负载变化对输出电压值的影响。

上述方案中，所述缓冲器12采用单级折叠共源共栅运放结构，其中输入级PMOS管(M0)为电流源，第一PMOS管(M1)和第一PMOS管(M2)为输入管，第一级运放结构包括四个PMOS管(M3、M4、M5和M6)以及四个NMOS管(M7、M8、M9和M10)。

上述方案中，所述跨阻放大器13采用两级密勒补偿的运算放大器结构以及反馈增益电阻(R1)构成，其中反馈增益电阻(R1)的电阻值为100K。

上述方案中，所述跨阻放大器13将磁敏生物传感器阵列的输出检测电流转换为电压，并放大至后级模数转换器的最大输入摆幅范围；同时自身的输入共模电压也作为后级逐次逼近模数转换器的输入共模电压。

上述方案中，所述逐次逼近模数转换器14将跨阻放大器13输出模拟电压转换为数字码输出，输出至数字处理器(DSP)进行信息处理，完成检测。

上述方案中，该电路采用单芯片全集成及电流检测的方式实现。

(三)有益效果