[發(fā)明專利]單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010310167.3 | 申請日： | 2020-04-20 |
| 公開（公告）號： | CN111537571B | 公開（公告）日： | 2021-03-30 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 程翔;徐順 | 申請（專利權(quán)）人： | 廈門大學(xué) |
| 主分類號： | G01N27/12 | 分類號： | G01N27/12 |
| 代理公司： | 北京庚致知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11807 | 代理人： | 韓德凱;李偉波 |
| 地址： | 361005 福建*** | 國省代碼： | 福建;35 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 單片 集成 石墨 氣體 探測 放大 芯片 | ||
1.一種單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片，其特征在于，包括：
石墨烯氣體傳感器，所述石墨烯氣體傳感器檢測目標(biāo)氣體的濃度，并基于所述目標(biāo)氣體的濃度生成模擬電信號；以及
電路模塊，所述電路模塊對所述石墨烯氣體傳感器生成的模擬電信號進行處理；
其中，所述石墨烯氣體傳感器和所述電路模塊設(shè)置在同一芯片上，所述石墨烯氣體傳感器包括第一石墨烯傳感器以及第二石墨烯傳感器，所述第一石墨烯傳感器檢測所述目標(biāo)氣體的濃度，所述第二石墨烯傳感器不檢測所述目標(biāo)氣體的濃度；
所述電路模塊包括：
帶隙基準(zhǔn)電路，所述帶隙基準(zhǔn)電路為所述單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片提供電壓基準(zhǔn)；
探測數(shù)據(jù)處理模塊，所述探測數(shù)據(jù)處理模塊對所述石墨烯氣體傳感器生成的模擬電信號進行放大處理；
模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將放大后的所述模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號；
數(shù)據(jù)寄存器，所述數(shù)據(jù)寄存器對所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字電信號進行存儲；
接口電路，通過所述接口電路，將所述數(shù)據(jù)寄存器存儲的數(shù)字電信號傳輸給所述單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片之外的上位機；以及
控制寄存器，所述控制寄存器通過所述接口電路接收并存儲來自所述單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片之外的上位機的控制信號，所述控制寄存器與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、探測數(shù)據(jù)處理模塊和帶隙基準(zhǔn)電路連接；
所述帶隙基準(zhǔn)電路包括：第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器、第四電阻器、四輸入運算放大器、雙輸入運算放大器、第一雙極型晶體管、第二雙極型晶體管、第三雙極型晶體管、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；
所述第一MOS管的源極、第二MOS管的源極和第三MOS管的漏極連接且均與芯片工作電壓VDD連接；
所述第一MOS管的柵極與所述四輸入運算放大器的輸出端連接；
所述第二MOS管的柵極與所述第三MOS管的柵極以及第三MOS管的源極連接；
所述第二MOS管的柵極還與所述第四MOS管的漏極連接，所述第四MOS管的柵極與所述雙輸入運算放大器的輸出端連接；
所述第一MOS管的源極還與第一電阻器的第一端連接，所述第一電阻器的第二端分別與所述四輸入運算放大器的第一正相輸入端以及第二電阻器的第一端連接；
所述第二電阻器的第二端與所述第一雙極型晶體管的集電極連接，所述第一雙極型晶體管的基極與所述第二雙極型晶體管的基極連接；
所述第二雙極型晶體管的發(fā)射極與第三電阻器的第二端連接，所述第三電阻器的第一端與所述第一MOS管的漏極連接；
所述四輸入運算放大器的第一反相輸入端分別與所述第二MOS管的漏極以及第三雙極型晶體管的發(fā)射極連接；
所述第二雙極型晶體管的發(fā)射極還與所述四輸入運算放大器的第二正相輸入端、第二反相輸入端以及所述雙輸入運算放大器的正相輸入端連接；
所述雙輸入運算放大器的反相輸入端分別與所述第四MOS管的源極以及第四電阻器的第一端連接；
所述第一雙極型晶體管的發(fā)射極、基極，所述第二雙極型晶體管的集電極、基極，所述第三雙極型晶體管的集電極、基極，以及所述第四電阻器的第二端均接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片，其特征在于，所述電路模塊還包括偏置電路、內(nèi)部振蕩電路以及上電復(fù)位電路，所述帶隙基準(zhǔn)電路與所述偏置電路連接，所述偏置電路與所述內(nèi)部振蕩電路連接，所述內(nèi)部振蕩電路與所述上電復(fù)位電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片，其特征在于，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管均為N溝道增強型MOS管；所述第四MOS管為P溝道增強型MOS管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成的石墨烯氣體探測放大芯片，其特征在于，所述探測數(shù)據(jù)處理模塊包括前置放大器，所述前置放大器包括兩個跨阻放大器以及一個雙端輸入單端輸出差分電壓放大器；
兩個跨阻放大器的輸入端分別連接所第一石墨烯傳感器以及第二石墨烯傳感器。
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