[发明专利]用于BIOFET传感器的数字时域读出电路及其操作方法

说明书

本发明的实施例描述了各个bioFET传感器读出电路及其操作方法。读出电路包括级联连接的多个逻辑门、延迟提取器和计数模块。多个逻辑门的每个逻辑门包括至少一个bioFET传感器。延迟提取器被设计为基于来自多个逻辑门的输出信号与参考信号之间的时间差产生脉冲宽度信号。计数模块被设计为接收脉冲宽度信号并且输出与脉冲宽度信号的宽度相对应的数字计数。

技术领域

本发明的实施例总体涉及生物材料的测量分析领域，更具体地，涉及生物传感器读出电路及其操作方法。

背景技术

生物传感器是用于感测和检测生物分子并且基于电子、电化学、光学和机械检测原理工作的器件。包括晶体管的生物传感器是电性感测生物实体或生物分子的电荷、光子或机械性能的传感器。通过检测生物实体或生物分子自身或通过特定反应物和生物实体/生物分子之间的相互作用或反应来来实施检测。这种生物传感器可以使用半导体工艺来制造，且可以很快地转换电信号，以及可以容易地应用于集成电路(IC)和MEMS。

通常需要额外的电路来读出来自生物传感器的信号并且产生可量化的检测信号。这种电路可以产生模拟输出信号，或者使用模数(ADC)转换器来测量来自生物传感器的模拟信号并且产生数字检测信号。模拟信号容易受到噪声的影响，并且与模拟信号一起使用的电路组件可能消耗生物感测系统总功率的很大一部分。此外，集成ADC增加了芯片成本和管芯面积。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种传感器读出电路，包括：级联连接的多个逻辑门，其中，每个逻辑门均包括至少一个bioFET传感器；延迟提取器，被配置为基于所述多个逻辑门的输出信号和参考信号之间的时间差产生脉冲宽度信号；以及计数模块，被配置为接收所述脉冲宽度信号并且输出与所述脉冲宽度信号的宽度相对应的数字计数。

根据本发明的另一个方面，提供了一种传感器读出电路，包括：级联连接的多个反相器，每个反相器均包括至少一个bioFET传感器，其中，所述多个反相器的输出被反馈作为所述多个反相器的输入；以及计数模块，被配置为接收多个所述反相器的输出，并输出与多个所述反相器的输出的频率相对应的数字计数。

根据本发明的又一个方面，提供了一种传感器读出电路，包括：级联连接的多个反相器，每个反相器均包括至少一个bioFET传感器，其中，所述多个反相器的输出被反馈作为所述多个反相器的输入；混频器，被配置为接收所述多个反相器的输出和振荡参考信号，并且被配置为产生与所述多个反相器的输出与所述振荡参考信号之间的振荡频率的差异相对应的下变频信号；以及计数模块，被配置为接收所述下变频信号并且输出与所述下变频信号的频率相对应的数字计数。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本发明的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。

图1示出根据一些实施例的感测器件的组件。

图2示出根据一些实施例的示例性双栅背侧感测FET传感器的截面图。

图3A示出根据一些实施例的示例性双栅背侧感测FET传感器的截面图。

图3B和图3C示出根据一些实施例的使用双栅背侧感测FET传感器作为pH传感器。

图4A至图4C示出根据一些实施例的包括bioFET传感器的逻辑栅极。

图5示出根据一些实施例的使用级联连接的bioFET传感器的多个逻辑栅极。

图6示出根据一些实施例的使用bioFET传感器实施感测的读出电路。

图7示出根据一些实施例的计数模块的组件。

图8示出根据一些实施例的使用bioFET传感器实施感测的另一读出电路。