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ISFET 传感器偏置电路

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  ISFET(离子敏感场效应晶体管)可用于测量流体的酸性。精确的测量要求ISFET的偏置条件(ID和VDS)保持恒定,同时栅极直接接触被测流体。流体的酸性改变通道宽度,从而产生一个与流体的PH值成正比例的栅极-源极电压VGS。图1所示电路是一种更简单、更精确的实现方法。电压VA通过ISFETQ1设定漏极电流ID,而电压VB设定Q1的漏极-源极电压VDS。两个AD8821型高精度测量放大器IC1和IC2均配置得具有等于1的增益。IC3是AD8627型精密JFET输入放大器,它缓冲漏极电压VD,确保流经R1的电流全都流经Q1。
  
  图1,该电路为ISFET(用于测量流体酸性的传感器)提供理想的偏置。
  为了控制ID,放大器IC1迫使其输出端和参考输入端之间的差分电压等于其差分输入电压VA。由于检测到的差分电压等于R1两端的电压,因此ID=VA/R1。在R1设定为20kΩ时,ID可按50mA/V增减。同样,放大器IC2迫使其输出端和参考输入端之间的差分电压等于其差分输入电压VB,从而迫使VDS等于VB。(注意:如果您的设计不需要单独调节VDS和ID,则电路可以根据一个控制电压来工作。把VA和VB连在一起,并用所要求的电压VDS来驱动它。于是R1等于VDS/ID。)有关电压VGS介于IC2的栅极电压和输出电压之间。该电路有一个很有用特点,即电流源是浮动的,从而使栅极电压能连接到电路的共模范围内的任何电压。该电路的VG范围是(VA+2-VEE)
  图2,该配置显示出图1所示电路连接到ADC时所具有的浮动栅极的优点。
  图2示出了该电路连接到AD7790型差分输入Σ-ΔADC时具有的浮动栅极的优点。栅极电压直接连接到ADC参考引脚。VS(或VG)端和ADC输入端之间所需的唯一信号调节电路就是一个简单的RC滤波器。在电流大于1mA时,电阻器R1的0.1%误差在电流源误差中占据主导地位,因此,在漏极电流高达250mA时,R1的0.1%误差就是小于250nA。VDS的误差是由IC3的增益误差以及IC2和IC3的输入偏移电压产生的。漏极-源极电压高达2V时,漏极-源极电压的误差小于450mV。
  
  
  

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