[實用新型]一種帶驅動功能的電流電壓轉換器

有效

• 申請號: 201420751874.6
• 申請日: 2014-12-04
• 公開（公告）號: CN204214938U
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 陳敏;李志超
• 申請（專利權）人: 深圳市德賽微電子技術有限公司
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;G01R15/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 常躍英

技術領域????

????本實用新型涉及電流電壓轉換器技術領域，是一種帶驅動功能的電流電壓轉換器。

背景技術??

為了檢測多種電化學傳感器輸出的微弱電流信號（nA-μA量級），需要采用高增益、高線性度的電流電壓轉換電路，傳統的做法是采用運算放大器加一個反饋電阻構成電流電壓轉換器，然而這種做法在檢測小電流（nA級）時,需要采用兆歐級以上的大電阻來實現高增益，不但占用大量的硅片面積，同時還需在速度和穩定性間折衷。已有文獻報道【參閱：Mikko?Saukoski,?Lasse?Aaltonen,?Kari?Halonen.?Fully?Integrated?Charge?Sensitive?Amplifier?for?Readout?of?Micromechanical?Capacitive?Sensors[C],IEEE?International?Symposium?on?Circuits?and?Systems,?May?2005(6):5377-5380】利用工作在線性區的長溝道晶體管來替代無源電阻，通過控制此晶體管的柵電壓來調整等效電阻，然而這種方法形成的有源電阻線性度會受到電路狀態的影響，長溝道晶體管的漏極電壓隨著轉換后的電壓變化而變化，由于存在二級效應影響了等效的有源電阻值，從而限制了可以檢測的電流范圍。大部分的電化學傳感器工作時首先要在電極上加上靜態的偏置電壓（進行計時安培法測量）或是動態的掃描偏置電壓（進行循環伏安法測量）。為了將所需電壓準確加在電極上，需要有相應的驅動電路，然而現有的電化學傳感器讀出電路大多針對檢測電路展開【參閱：杜黎，電化學傳感器測試電路設計與實現，大連理工大學，碩士學位論文，2009，頁6-頁15】，沒有將驅動電路集成到系統中。因此，有必要設計一種線性度良好、低噪聲并且帶驅動功能的電流電壓轉換器作為傳感器輸出電流信號讀出的接口電路。

實用新型內容????

本實用新型的目的是提供一種帶驅動功能的電流電壓轉換器，其線性度良好、噪聲低，可以將傳感器輸出的微弱電流信號轉換為mV級以上的電壓信號，送給后續的模數轉換器等電路進行處理。同時驅動電路將傳感器工作需要的偏置電壓加載到工作電極WE、參比電極RE和輔助電極AE上。

為了實現上述目的，本實用新型的技術方案如下：

一種帶驅動功能的電流電壓轉換器，包括用于接收處理傳感器信號的電流電壓轉換電路，其特征在于：還包括用于為傳感器提供恒定偏置電壓或動態掃描偏壓的傳感器驅動電路101；當待測物質進行化學反應時，所述傳感器驅動電路101保證傳感器參比電極RE和工作電極WE之間的電壓差固定。

優選的，所述傳感器驅動電路101包含第一放大器1、第二放大器2和電阻R1、R2；所述第二放大器2的同相輸入端與傳感器參比電極RE連接，第二放大器2的反相輸入端和輸出端短接形成單位增益放大器，同時第二放大器2的輸出端通過電阻R2連接到第一放大器1的反相輸入端；偏置電壓VBAS通過電阻R1連接到第一放大器1的反相輸入端，第一放大器1的同相輸入端接共模電平，輸出端連接傳感器輔助電極AE；所述第二放大器2檢測參比電極RE和工作電極WE的電壓差，第一放大器1和電阻R1、R2形成的反饋環路將此電壓差加到輔助電極AE上，從而起到調節參比電極RE和工作電極WE之間電壓差的作用。

????優選的，所述電流電壓轉換電路包括兩條分別獨立工作的跨阻放大器通路11和積分器通路12，將來自傳感器的輸出電流信號轉換為電壓信號。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

（1）本實用新型所述帶驅動功能的電流電壓轉換器，可以和傳感器集成在一個基片上，提供傳感器工作所需偏壓的同時將傳感器輸出的微弱電流信號轉換為易于檢測的mV級以上電壓信號，可作為接口芯片，用于微小型化的傳感器讀出系統。

（2）所述傳感器驅動電路能在待測物質發生化學反應時，可保持工作電極WE和參比電極RE之間的電壓差不變，并通過此驅動電路將外加電壓VBAS加載到傳感器的電極上。

（3）所述電流電壓轉換器既可以檢測直流電流信號，也可以檢測交流電流信號，根據待測電流的大小選擇上述兩條轉換通路中的一條；檢測交流信號時，根據待測信號的頻率，相應改變時鐘產生電路的分頻比，從而改變積分器的積分頻率和采樣保持電路的采樣頻率，就可以保持相同的過采樣率。

（4）所述電流電壓轉換器，采用全定制方法設計，在一塊集成電路芯片上實現，通過標準CMOS互補金屬氧化物半導體工藝制作。