[发明专利]检测装置及方法

说明书

本发明提供了一种检测装置，用于检测待测溶液的pH值，包括：传感器采集模块，包括与待测溶液接触的ISFET传感器阵列，所述传感器采集模块用于根据ISFET传感器阈值电压的变化，将生成的原始信号转换成脉冲信号；以及FPGA处理模块，用于处理所述脉冲信号中的脉冲信息，得到并输出该待测溶液的pH值。此外，本发明还提供了一种检测方法，通过本发明，能够直接通过FPGA芯片采集ISFET传感器的输出信号，减少模数转换给整个装置带来的大量功率损耗；同时采用低成本FPGA芯片作为处理模块，更灵活，能够实现高速稳定的数据处理，相比于专用集成芯片或基于软件的实现方式，本发明在成本、功耗和速度方面有显著提高。

技术领域

本发明涉及生物监测领域，尤其涉及一种检测装置及方法。

背景技术

近些年来，ISFET在DNA测试方面取得巨大进展，对ISFET大规模矩阵的读出电路的研究也由此展开。但由于DNA序列很高的复杂性和庞大的数据量，基于ISFET的DNA测序仍然存在很大的非准确性。如凹槽之间的串扰，检测溶液的残留等，都影响着测试结果，错误的DNA序列应用到医疗中，对病人可能造成致命的伤害。所以ISFET传感器阵列检测电路的设计依然是DNA测序的关键技术。

目前，将ISFET阵列、CPU(中央处理器)处理器和检测电路集成在一个PCB(印刷电路板)板上或是集成在一个单芯片上无疑是ISFET技术热门的解决方案。虽然通过工艺的改进，ISFET已经能够很好的与CMOS(互补金属氧化物半导体存储器)集成电路兼容，但随着集成电路向深纳米工艺方向发展，ISFET由于敏感栅极结构和测量间距的限制依然无法跟上集成电路的步伐，单芯片技术对工艺要求高，如果为了兼容ISFET采用大尺寸的CMOS工艺，对检测电路和数据处理部分则会浪费大量资源和功耗，并且单芯片结构功能相对单一，扩展能力差，成本较贵。板级设计方案则具有更大的灵活性，板级传感器阵列检测的实现方式分为两种：一种是基于单片机软件实现，另一种是基于FPGA(现场可编程门阵列)全硬件实现。单片机的通用IO(输入输出)端口非常有限，每增加一个传感器都会对单片机接口都是挑战，并且随着传感器数量的增加，处理传感器数据的软件部分占用CPU大量的资源，功耗显著增加。相比单片机，FPGA在这方面更具优势，它有着丰富的管脚资源并且灵活可配置，可将计算密集型传感器的管理功能与CPU进行分离，通过FPGA全硬件电路实现，提高速度的同时，降低系统功耗。低密度低功耗和高性能/密度系统集成的FPGA在环境感知和通信互联方面表现出更大优势和更广阔的市场需求。超高密度FPGA支持大容量应用，对于那些要求高性能和密度的场合，如ASIC(专用集成电路)仿真、100G光网络路由器而言是最好的选择，但高性能FPGA也意味着更大的研发投入和技术支持，低密度FPGA则更看重成本和使用的便捷性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种检测装置及方法，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种检测装置，用于检测待测溶液的pH值，包括：

传感器采集模块，包括与待测溶液接触的ISFET传感器阵列，所述传感器采集模块用于根据ISFET传感器阈值电压的变化，将生成的原始信号转换成脉冲信号；以及

FPGA处理模块，用于处理所述脉冲信号中的脉冲信息，得到并输出该待测溶液的pH值。

可选地，所述ISFET传感器阵列，用于与待测溶液接触，得到并输出阈值电压；

所述传感器采集模块还包括：

信号发生器，用于产生形状规则的原始信号；以及

信号转换电路，用于根据所述阈值电压的变化，将所述原始信号转换成脉冲信号。

可选地，所述脉冲信息包括脉冲宽度信息和脉冲频率信息。