CN102818833B

CN102818833B - 用于确定化学敏感场效应晶体管的测量值的方法和装置

Info

Publication number: CN102818833B
Application number: CN201210182116.2A
Authority: CN
Inventors: T.齐博尔德; P.内夫
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-06-06
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2032-06-05
Also published as: CN102818833A; DE102011076977A1; JP6016460B2; JP2012252008A; FR2976079A1; FR2976079B1

Abstract

本发明涉及用于确定化学敏感场效应晶体管的测量值的方法和装置，其中该方法具有提供第一信号和第二信号的步骤，其中至少该第一信号利用一个放大系数而被放大。另外该方法还具有用于给该化学敏感场效应晶体管供给该第一信号的步骤，以获得输出信息。在该供给步骤中另外还给该参照晶体管供给该第二信号，以获得参照信息，其中该化学敏感场效应晶体管被施加有被测流体，并且该参照晶体管处于参照环境中。另外该方法还具有用于把该输出信息与该参照信息相比较的步骤，以响应于比较结果来匹配放大系数。另外该方法还具有分析该放大系数的步骤，以获得该测量值。

Description

用于确定化学敏感场效应晶体管的测量值的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于确定化学敏感场效应晶体管的测量值的一种方法、用于确定化学敏感场效应晶体管的测量值的一种装置以及一种相应的计算机程序产品。

背景技术

在对于一种化学物质敏感的传感器中，输出信号与样本或要分析的介质中化学物质的浓度有关。但在此该传感器不提供浓度的绝对信号。相反，该信号受到持续的或“隐藏”的变化或漂移。为了对付这个，可以采用另一传感器来作为参照传感器。该参照传感器在理想情况下与该传感器一样受到相同的老化过程和环境影响，并从而具有相同的变化或漂移。那么就可以由该信号和该参照信号来推断在样本中化学物质的浓度。

US6703241B1描述了用于在人工嗅觉装置中利用传感器配置来降低信号漂移的一种方法。

发明内容

在此背景下，借助本发明，根据主权利要求介绍了用于确定化学敏感场效应晶体管的测量值的方法，另外还介绍了用于确定化学敏感场效应晶体管的测量值的装置，以及最后还介绍了相应的计算机程序产品。有利的扩展参见相应的从属权利要求和下文说明。

本发明所基于的知识是，采用用于测量样品中物质的一个传感器和一个参照传感器来提供一个不确定的信号，但其中这种不确定性可以通过采用调节回路以及采用由该调节回路的调节器所输出的信号而被补偿。该信号具有噪声。尤其在低频下所谓的1/f噪声占主导地位。其在MOS场效应晶体管中由...造成。另外，要测量物质的浓度变化与总信号电平相比仅总是最小地改变该信号。因此为了确定该测量结果可以有利地采用一个间接量。比如可以采用与该信号直接相关的一个调节反馈值，以推断实际的测量结果。通过合适地选择调节参数，该反馈值可以精确地并且以可忽略的偏差来代表该信号。同样该反馈值的电压范围可以整个地被充分利用。从而该浓度可以以高的精确度来表示。

基于化学敏感场效应晶体管的化学传感器可以造价合理地通过在此所推荐的措施关于其测量敏感性而被改善，以改善信噪比以及降低环境影响。

一种化学传感器可以由两个化学敏感场效应晶体管（ChemFET）以及本发明的用于时钟同步地微分（differentiellen）测量该化学敏感场效应晶体管输出的一种电路来实现。在测量基于化学敏感场效应晶体管的化学传感器的信号时该主要问题从而能够有利地利用一个单独的简单电路而被解决。本发明以简单的方式解决了该问题，使得作为真正测量信号的沟道电流变化比作为背景信号的沟道电流小几个数量级。此外通过降低测量带宽实现了信噪比的改善。在此所介绍的电路可以与一种“switchedbiasing（开关控制偏置）”降噪相结合。

本发明提出了用于确定化学敏感场效应晶体管测量值的一种方法，其中该方法具有以下的步骤：

提供一个第一信号和一个第二信号，其中至少该第一信号利用一个放大系数而被放大；

给该化学敏感场效应晶体管供给该第一信号，以获得输出信息，并给参照晶体管供给该第二信号，以获得参照信息，其中给该化学敏感场效应晶体管施加被测流体，并且该参照晶体管位于参照环境中；

把该输出信息与该参照信息相比较，以响应于比较结果来匹配该放大系数；以及

分析该放大系数，以获得测量值。

本发明另外还提出了用于确定化学敏感场效应晶体管测量值的一种装置，其中该装置具有以下的特征：

用于提供第一信号和第二信号的装置，其中至少该第一信号利用放大系数而被放大；

用于给该化学敏感场效应晶体管供给该第一信号以获得输出信息、并用于给参照晶体管供给该第二信号以获得参照信息的装置，其中给该化学敏感场效应晶体管施加被测流体，并且该参照晶体管位于一个参照环境中；

用于把该输出信息与该参照信息相比较、以响应于比较结果来匹配该放大系数的装置；以及

用于分析该放大系数、以获得测量值的装置。

通过本发明的以一种装置形式的该实施变化方案，也可以快速而有效地解决本发明所基于的任务。

测量值可以理解为在被测流体中要测量物质的浓度表示。比如该测量值可以是一个电流或一个电压，其中该电流或电压的值代表了该浓度。同样该测量值可以是一个数据字，其中值（比特）序列代表了该浓度。化学敏感场效应晶体管可以是一种半导体元件。比如该化学敏感场效应晶体管可以具有源极触点、漏极触点和栅极电极，其中该栅极电极尤其可以具有电化学和/或催化特性。由此在被测流体中要测量物质的要探测分子或原子与在栅极电极上所聚积的要测量物质的分子或原子之间的平衡能够影响栅极电极上的电位。该电位也可以通过所施加的电压而被影响。该电位可以影响在该源极触点与漏极触点之间的沟道电流。该沟道电流可以代表在被测流体中要测量物质的浓度。该沟道电流可以包含与电位变化无关的分量。第一信号可以是电压。第二信号可以是电压。该第一信号或由此导出的信号可以被至少提供给该化学敏感场效应晶体管的栅极电极。同样该第二信号或由此导出的信号可以被至少提供给该参照晶体管的栅极电极。该第一信号也可以被提供给该化学敏感场效应晶体管的漏极触点。同样该第二信号也可以被提供给该参照晶体管的漏极触点。放大系数可以影响该第一信号的电压高度。该第二信号可以利用另一放大系数来放大。所述另一放大系数可以是与参考电位有关的放大系数的反相（Invertiert）放大系数。在这种情况下，比如该第一信号的幅度可以变得较大，而该第二信号的幅度变得较小。输出信息可以代表沟道电流。比如该输出信息可以是在诸如分流电阻的测量电阻上的电压降。

参照晶体管可以是半导体元件。比如该参照晶体管可以是具有源极触点、漏极触点和栅极电极的场效应晶体管，其中该栅极电极尤其可以具有电化学和/或催化特性。如果该参照晶体管不具有电化学和/或催化特性，那么该参照晶体管同样可以作为参照而被施加以该被测流体，和/或比如设置在相同的载体元件上，以暴露在与该化学敏感场效应晶体管相同的环境条件下。那么在被测流体中的浓度变化就不改变参照信息。比如该参照晶体管可以具有一个钝化层，也即，如果该参照晶体管比如是钝化的，那么它也可以位于同一测量环境中，因为通过该钝化层生成了与该测量环境相分离的参照环境。如果该参照晶体管具有电化学和/或催化特性，那么该参照晶体管比如就可以被暴露于作为参照环境的参照流体。该参照流体可以具有要测量物质的已知浓度。在相同或类似的环境条件下，该参照信号可以代表在参照流体中要测量流体的浓度。分析可以是借助预先已知算法的计算。分析也可以是借助所存储表格以获得测量值的确定。

当前装置可以理解为如下一种电气设备，其处理传感器信号，并据此来输出控制信号。该装置可以具有接口，该接口可以通过硬件和/或软件来构造。在通过硬件进行构造时，接口比如可以是所谓的系统ASIC的部分，其中该系统ASIC包含有该装置的最大不同的功能。但是接口也可以是专用的集成电路，或者至少部分地由离散的元件组成。在通过软件来构造时，接口可以是软件模块，其中例如在微控制器上除了其他软件模块之外还存在该软件模块。

另外在比较步骤中该放大系数可以如此来匹配，使得该输出信息和参照信息被平衡。从而至少可以如此来匹配该第一信号，使得该输出信息相应于该参照信息。然后该放大系数可被解释为代表被测流体中要测量物质浓度的测量值。不由浓度所决定的输出信息成分从而能够被滤除。

另外该方法还包含有一个校准步骤，其中该化学敏感场效应晶体管和该参照晶体管处于校准环境中。校准环境可以具有已知的环境条件，其中针对这些已知的环境条件可以存储有该输出信号的或该输出信号和参照信号的至少一个所期待的值。比如要测量物质的浓度可以是已知的。比如在该校准环境中可以不存在要测量的物质。要测量的物质同样可以在该校准环境上具有已知的成分。由此该放大系数可以如此来调节，使得该输出信号和该参照信号相应于至少一个所期待的存储的值。所述校准可以在至少一个运行点上来保证该化学敏感场效应晶体管的测量值。

另外在该提供步骤中该第一信号可以具有可变的幅度，该第二信号作为相对于该参照电位反相的第一信号而被提供，并在比较步骤中该输出信息可以采用该第一或第二信号而与该参照信息相比较。幅度可以理解为当前值，比如该信号的电压值。通过可变的幅度，该化学场效应晶体管和该参照晶体管可以运行于不同的运行点上。为了相应地分析该输出信息和该参照信息，该第一或第二信号可以被用作辅助量或时钟。如果该第二信号是一个反相的第一信号，那么该参照晶体管就可以测量一个量，该化学场效应晶体管何时不测量量以及反过来。

另外在供给步骤中，如果该第一信号具有第一幅度，那么该输出信息可以代表在被测流体中至少一种物质的浓度，并且如果该第一信号具有一个第二幅度，那么就进行该化学敏感场效应晶体管的栅极电极的电位的改变和/或沟道反相。该第一幅度在此可以与该第二幅度不同。比如，如果在栅极电极上具有低电压，那么在该化学敏感场效应晶体管中在半导体衬底中的缺陷位置可以被再生。尤其如果该第一信号和该第二信号关于参照电位是反相的，那么，在该参照晶体管进行测量时，该化学敏感场效应晶体管就可以再生。

另外，该方法还可以包含有一个组合步骤，在该步骤中提供一个总信息，该总信息包含有输出信息和参照信息，并且其中在比较步骤中该总信息可以分为代表输出信息的第一分量和代表参照信息的第二分量。在该化学敏感场效应晶体管再生期间，该输出信息不包含与测量有关的分量。总信息比如可以是输出信息和参照信息的总和。同样该总信息可以交替地代表输出信息和参照信息。然后就可以响应于时钟信号而在输出信息和参照信息之间进行切换。由此可以节省用于传输参照信息的单独的传输线路，并共同利用输出信息的传输线路。在比较步骤中然后就可以响应于时钟信号来简单地分离总信号中的分量。

另外，如果根据本发明的一个实施方案而在分析步骤中响应于放大信息来影响放大系数，那么这也是有利的。放大信息可以理解为比如（外部）控制设备的信号。这种影响可以是在比较步骤中匹配放大系数之后对放大系数的改变。从而可以对该化学敏感场效应晶体管进行影响，比如以改变该化学敏感场效应晶体管的敏感性，以在另一测量范围中进行测量。

另外用于进行提供的该装置可以包含有时钟发生器和至少一个放大器，其中该时钟发生器构造用于提供该第一信号和该第二信号，所述至少一个放大器构造用于利用该放大系数来放大该第一信号。另外用于进行供给的该装置还可以构造用于把该第一信号或由其导出的信号提供给该化学敏感场效应晶体管的至少一个栅极电极和/或源极电极。另外用于进行供给的该装置还可以构造用于把该第二信号或由其导出的信号至少提供给该参照晶体管的栅极电极和/或源极电极。另外该输出信息还可以代表在该化学敏感场效应晶体管的漏极触点和源极触点之间的电流，并且该参照信息可以代表在参照晶体管的漏极触点和源极触点之间的电流。另外用于进行比较的该装置还可以包含有调节器。时钟发生器可以构造用于提供周期时钟。在此该时钟例如可以以方波的形式二进制地来提供。同样该时钟也可以比如在最小值和最大值之间波动。通过采用分立元件也可以快速而有效地解决本发明所基于的任务。

具有程序代码的一种计算机程序产品也是有利的，其中该程序代码可以存储在机器可读的载体如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上，并且如果该程序在与计算机相对应的设备上执行，那么就用于实施根据前述实施方式之一所述的方法。

附图说明

下面借助附图来示例地更详细解释本发明。其中：

图1示出了根据本发明一个实施例的用于确定化学敏感场效应晶体管测量值的装置的电路图；

图2示出了根据本发明另一实施例的用于确定化学敏感场效应晶体管测量值的装置的电路图；

图3示出了根据本发明一个实施例的用于确定化学敏感场效应晶体管测量值的装置的电路图；

图4示出了根据本发明一个实施例的用于确定化学敏感场效应晶体管测量值的方法的流程图；

图5示出了根据本发明一个实施例的用于确定化学敏感场效应晶体管测量值的装置的框图；

在本发明的优选实施例的下文说明中，对于在不同附图中所示的并作用类似的元件采用相同或类似的参考符号，其中省略了对该元件的重复说明。

具体实施方式

化学敏感场效应晶体管（ChemFET）是用于测量气相或液相中分析物的一种新技术。在此给晶体管栅极施加要探测的测试品通常导致在栅极电极上电位的变化，并从而导致在晶体管中沟道电流的变化。该场效应晶体管的沟道电流在所选择的运行点上总是比由于施加测试品而导致的沟道电流变化大几个数量级。由此对电流测量具有高的要求。外部干扰影响比如是温度变化或传感器降级，其导致沟道电流的变化且并不基于测试品的存在。为了补偿干扰影响，比如可以采用参照晶体管，该参照晶体管相对于要探测的物质是不敏感的。优选地该参照元件与用作测量传感器的场效应晶体管在半导体构造、几何尺寸和电气特征方面是相同的。此外在两个场效应晶体管的空间间隔微小的情况下存在良好的热耦合。该情况比如在元件集成在芯片上时形成。那么在用作测量传感器的场效应晶体管的与用作参照元件的场效应晶体管的沟道电流中的差在理想情况下仅还能归结为要探测物质的存在。为此两个场效应晶体管必须经受相同的干扰影响。但此外在场效应晶体管中还出现固有的干扰影响，比如沟道噪声或1/f噪声，其在参照传感器和测量传感器中可能是不同的，并从而不能以这种方式来补偿。用于改善信噪比（SNR）的一种可能性是缩小测量带宽。为了实现尤其微小的测量带宽，比如采用了锁相放大器。另外通过所谓的“switchedbiasing（开关控制偏置）”，可以在FET应用中通过直接影响物理因素而有目的地降低1/f噪声。在此该晶体管利用方波交流电压或控制电压的转接或切断来控制。这样该晶体管就交替地在两个不同的工作点上被运行，也即在强烈的累加和强烈的反相情况下，并从而降低了受制于地点的干扰位置的影响。

图1示出了根据本发明一个实施例的用于确定化学敏感场效应晶体管测量值的装置100的电路图。该装置100包含有时钟发生器102以提供时钟信号。该时钟发生器102具有第一输出以及第二输出。该时钟发生器102构造用于在第一输出上提供第一时钟信号。该时钟发生器102另外还构造用于在第二输出上提供与第一时钟信号关于参考电位反相的第二时钟信号。该时钟发生器102的第一输出与第一可调放大器104的放大器输入相连。该时钟发生器102的第二输出与第二可调放大器106的放大器输入相连。可调放大器104和106构造用于在放大器输入上接收各一个信号，在此为该时钟信号，将该信号放大一个放大系数并在各一个放大器输出上来放大地进行提供。可调放大器104和106此外还具有各一个调节输入，以接收该放大系数。该第一可调放大器104的放大器输出通过一个第一电阻R_S108与该化学敏感场效应晶体管110（CF测量）的漏极触点D相连。该第二可调放大器106的放大器输出通过一个第二电阻R_S112与第二化学敏感场效应晶体管114（CF参照）的漏极触点D相连。该化学敏感场效应晶体管110构造用于探测在被测流体中的至少一种预先确定的分析物。该第二化学敏感场效应晶体管114构造用于探测在参照流体中的至少一种预先确定的分析物。在此也可以对该第二化学敏感场效应晶体管如此来构造，使得它不探测在参照流体中的分析物。该CF测量110的源极触点S与地相连。该CF参照114的源极触点S同样与地相连。该CF测量110的栅极电极G构造用于通过所聚积的、该被测流体的预先确定分析物的品种来影响场效应晶体管110中的电位，并从而影响在该CF测量110的源极触点S与该CF测量110的漏极触点D之间的沟道电流。该CF参照114的栅极电极G构造用于通过所聚积的、该参照流体的预先确定分析物的品种来影响场效应晶体管114中的电位，并从而影响在该CF参照114的源极触点S与该CF参照114的漏极触点D之间的沟道电流。该化学敏感场效应晶体管110、114的栅极电极G可以通过控制电压而被加偏压，以调节一个工作点。这在图1中未示出。一个运算放大器120的反相输入通过电阻116与该CF测量110的漏极触点D相连。该运算放大器120的反相输入通过一个电阻118同样与该CF参照114的漏极触点D相连。该运算放大器120具有反相输入、正的（也即非反相）输入以及一个输出。该非反相输入与地相连。一个电阻122（与该运算放大器120并联地）与该反相输入和输出相连。该运算放大器120和该电阻122相互补充成为反相加法器124。该反相加法器124的输出与反相放大器126或反相器126的输入相连。该反相器126的输出与一个同步解调器128的输入相连。

另外也可以考虑采用一个更简单的电路或变化方案来把信号输入给加法器124，这在图1中作为虚线图来示出。在此在电阻108和112上的电压作为电流通过电阻116和118和电阻R被相聚，其中该电阻R一方面连接到在电阻116和118之间的连接点上，以及另一方面连接到地电位端子。从而在电容之前的相加点（也即连接点）上的电压V是在电阻108和112上的电压之和。该电容器（也即电容）C分离直流分量。该运算放大器120在该情况下与作为图1的图示相反作为具有放大系数1的或者具有放大系数>1的正放大器（也即阻抗变换器）而被运行。该反相器126在该情况下同样与图1的图示相反被省略。

该同步解调器128另外还具有时钟输入、第一输出和第二输出。该同步解调器128的时钟输入与该时钟发生器102的时钟输出相连。该同步解调器128构造用于把输入上的信号与时钟输入上的时钟同步地分离为第一输出上的第一信号分量和第二输出上的第二信号分量。该同步解调器128的第一输出通过电阻130与积分比较器132的负输入相连。该同步解调器128的第二输出通过另一电阻130与该积分比较器132的非反相输入相连。该积分比较器132的反相输入通过电容器134与该积分比较器132的输出相连。该积分比较器132的非反相输入通过电容器136与地相连。该积分比较器132构造用于在输出上提供一个调节值。该积分比较器132的输出与该第一可调放大器104的调节输入相连。该积分比较器132的输出还与一个反相器136的输入相连。该反相器136的输出与该第二可调放大器106的调节输入相连。该第一可调放大器104的调节输入还与一个微处理器μP138的一个第一输入相连。该第二可调放大器106的调节输入与该微处理器μP138的一个第二输入相连。该微处理器μP138构造用于通过它的第一输入来影响该第一可调放大器104的输出量，并通过它的第二输入来影响该第二可调放大器106的输出量。另外该微处理器μP138还比如构造用于在输出上提供一个测量值，该测量值由调节值来确定。

也就是说，图1示出了在用于在两个化学场效应晶体管的输出上进行差分、时钟同步测量的电路中具有化学场效应晶体管110的一种测量装置100，其具有改善的信噪比和降低的干扰影响。该传感器由两个化学场效应晶体管（CF测量、CF参照）110、114和用于差分、时钟同步控制化学场效应晶体管110、114以及测量的电路组成。两个化学场效应晶体管之一（CF测量）110位于测量环境中，另一个位于参照环境中。测量环境和参照环境有利地不同之处仅在于，在参照环境中要测量的物质以所定义的量/浓度而存在。图1示出了由化学场效应晶体管110、114和测量电路100组成的传感器。时钟发生器102生成具有频率f的方波信号A（或其他的周期信号）。该时钟发生器102还提供相位偏移180°的信号B。通过单独可调的放大器104、106，该信号A通过一个电阻R_S108而施加到CF测量110的漏极，相应地信号B通过一个电阻R_S112而施加到CF参照114的漏极。源极分别被置于地。在CF测量110和CF参照114的漏极上所施加的电压被相加（比如通过作为反相加法器124而构造的运算放大器OP120）。所产生的信号通过一个可选放大器/阻抗变换器126利用该同步解调器128而被解调。属于两个半波的信号分量比如通过积分比较器132而被比较。由此如此导出用于可调放大器104、106的调节值，使得信号A和B的幅度被重新调整，使得在同步解调器128的输入上的时钟同步分量消失。该调节值被解释为真正的测量值。该微控制器138的集成是有利的，因为它实现了该测量值的直接进一步处理，并允许在调节回路100中附加的干预可能性。

图2示出了根据本发明另一实施例的用于确定化学敏感场效应晶体管110测量值的一种装置100的电路图。与图1的装置的方案不同，图2的该装置100在该第一可调放大器104的放大输出与该化学敏感场效应晶体管110的栅极电极G之间具有连接。在该连接中设置了施密特触发器ST200和电阻R202。除了施密特触发器，也可以采用通常的比较器，也即无迟滞的施密特触发器ST。在此该施密特触发器ST200的输入与该第一可调放大器104的放大输出相连。施密特触发器ST200的输出通过该电阻R202与该化学敏感场效应晶体管110的栅极电极G相连。另外该装置100在该第二可调放大器106的放大输出与该化学敏感场效应晶体管114的栅极电极G之间还具有连接。在该连接中设置了施密特触发器ST204和电阻R206。在此该施密特触发器ST204的输入与该第一可调放大器106的放大输出相连。施密特触发器ST204的输出通过该电阻R206与该化学敏感场效应晶体管114的栅极电极G相连。

与图1中所示的电路不同，可以利用在图2中所示的电路来实施一种“switchedbiasing（开关控制偏置）”方法，其方式是化学场效应晶体管110、114的栅极与方波信号A和B时钟同步地被加偏压。尤其有利的是通过“switchedbiasing（开关控制偏置）”对1/f噪声成分的抑制的组合。化学场效应晶体管110、114的栅极电极首先被加偏压，如此使得化学场效应晶体管110、114处于工作点上（“operational（运行）”）。信号A和B由两个半波组成，并仅在各一个半波期间在化学场效应晶体管110、114的漏极和源极之间施加一个不为零的源极-漏极电压。在该时间中化学场效应晶体管110、114因此总归设置为不运行。与此同步地现在该FET110、114的工作点被适当地偏移，如此使得该FET110、114处于“rest-state（空闲状态）”。在“operational（运行）”和“rest-state（空闲状态）”之间切换时，FET110、114在强烈反转和累加之间切换。这可以从图2中看出，从中看出，方波信号A或B在可调放大器104、106之后被提取，并通过可选电阻R202、206而被提供给化学场效应晶体管110、114的栅极电极。为了获得所定义的电平，比如可以前接施密特触发器（ST）200、204或者反相器。对此代替地，也可以考虑早在可调放大器104、106之前（也即直接在时钟发生器102上）来提取方波信号。

图3示出了根据本发明一个实施例的用于确定化学敏感场效应晶体管110测量值的一种装置100的电路图。与图1中不同，该化学敏感场效应晶体管CF测量110的漏极触点D通过该电阻R_S与一个电压源V_DS300相连。另外该化学敏感场效应晶体管CF参照114的漏极触点D通过该电阻R_S与一个电压源V_DS302相连。与图1装置的方案不同，根据图3电路图的该装置100在该第一可调放大器104的放大输出与该化学敏感场效应晶体管110的栅极电极G之间通过一个电阻R202而具有连接。另外该装置100在该第二可调放大器106的放大输出与该化学敏感场效应晶体管114的栅极电极G之间通过一个电阻R206而具有连接。

从而在图3中在用于实现“switchedbiasing（开关控制偏置）”方法的电路中公开了其中隐含实现“switchedbiasing（开关控制偏置）”的另一控制可能性，在该方法中在晶体管的触点S和D之间施加了一个恒定的电压V_DS。不是通过方波信号A、B来确定源极-漏极电压，而是在S和D之间施加恒定的电压V_DS。如在图2的实施例中一样，方波信号通过可选电阻R202、206被施加在栅极电极。根据方波信号的幅度，现在该源极-漏极电流I_DS以及从而在分流电阻108、112上要测量的电压发生变化。该源极-漏极电流此外如前一样取决于要测量的化学物质。现在方波信号的幅度通过调节而被匹配，使得在分流电阻108、112上要测量的电压之差在该CF测量110上存在要测量化学物质浓度时并且根据该浓度而消失。

图4示出了根据本发明一个实施例的用于确定化学敏感场效应晶体管测量值的一种方法400的流程图。该方法400可以在根据本发明一个实施例的、如在图1中所示的一种装置上来实施。该方法包含有提供步骤402、供给步骤404、比较步骤406以及分析步骤408。在提供步骤402中提供第一信号和第二信号。至少该第一信号利用一个放大系数被放大。在供给步骤404中，给化学敏感场效应晶体管供给该第一信号，以获得输出信息。该化学敏感场效应晶体管被施加有一种被测流体。另外给一个参照晶体管供给了该第二信号，以获得参照信息。该参照晶体管处于一个参照环境中。在比较步骤406中该输出信息与该参照信息相比较，以响应于比较结果来匹配放大系数。在此，该输出信息与该参照信息偏离越大，该放大系数则比如变化越大。在分析步骤408中该放大系数被分析，以获得测量值。在此该测量值从该放大系数中来确定，或者通过与所存储的比较表格的比较而被确定。

图5示出了根据本发明一个实施例的用于确定化学敏感场效应晶体管110测量值的一种装置100的电路框图。该装置100具有用于进行提供502的装置、用于供给504的装置、用于比较506的装置以及用于分析508的装置。用于进行提供502的该装置构造用于提供第一信号和第二信号。至少该第一信号利用一个放大系数被放大。用于供给504的该装置构造用于给化学敏感场效应晶体管110供给该第一信号，以获得输出信息。化学敏感场效应晶体管被施加有一种被测流体。另外用于供给504的该装置构造用于给参照晶体管114供给该第二信号，以获得参照信息。该参照晶体管处于参照环境中。用于比较506的该装置构造用于把该输出信息与参照信息相比较，以根据比较结果来匹配放大系数。在此该输出信息与参照信息偏离得越大，该放大系数比如就变化得越大。用于分析508的该装置构造用于分析该放大系数，以获得测量值。在此测量值从该放大系数中直接来确定，或者通过与所存储比较表格的比较来确定。

所述的以及在附图中所示的实施例仅仅示例地来选择。不同的实施例可以完全地或关于几个特征而相互组合。也可以对一个实施例来补充另一实施例的特征。

另外本发明的方法步骤可以被重复，以及可以与所述顺序不同地来实施。

Claims

1.用于确定化学敏感场效应晶体管（110）测量值的方法（400），其中该方法（400）具有以下的步骤：

提供（402）第一信号和第二信号，其中至少该第一信号利用一个放大系数而被放大，并且该第二信号作为关于参照电位反相的第一信号而被提供；

给化学敏感场效应晶体管（110）供给（404）该第一信号，以获得输出信息，并给参照晶体管（114）供给该第二信号，以获得参照信息，其中化学敏感场效应晶体管（110）被施加以被测流体，并且该参照晶体管（114）处于参照环境中；

把该输出信息与该参照信息相比较（406），以响应于比较结果来匹配放大系数，使得该输出信息与该参照信息被平衡；以及

分析（408）该放大系数，以获得测量值。

2.根据权利要求1所述的方法（400），具有校准步骤，其中所述化学敏感场效应晶体管（110）与所述参照晶体管（114）处于校准环境中。

3.根据前述权利要求之一所述的方法（400），其中在提供（402）步骤中该第一信号具有可变的幅度，并在比较（406）步骤中该输出信息与该参照信息采用该第一或第二信号而被比较。

4.根据权利要求3所述的方法（400），其中在供给（404）步骤中，如果该第一信号具有第一幅度，那么该输出信息就代表在被测流体中至少一种物质的浓度，并且如果该第一信号具有第二幅度，那么就进行所述化学敏感场效应晶体管栅极电极电位的变化和/或沟道的反相。

5.根据权利要求1或2所述的方法（400），具有组合步骤，其中提供一个总信息，该总信息包含有输出信息和参照信息，并且其中在比较（406）步骤中该总信息被分离为代表输出信息的第一分量和代表参照信息的第二分量。

6.根据权利要求1或2所述的方法（400），其中在分析（408）步骤中该放大系数响应于放大信息而被影响。

7.用于确定化学敏感场效应晶体管（110）测量值的装置（100），其中该装置（100）具有以下的特征：

用于提供（502）第一信号和第二信号的装置，其中至少该第一信号利用一个放大系数而被放大，并且该第二信号作为关于参照电位反相的第一信号而被提供；

用于给所述化学敏感场效应晶体管（110）供给（504）该第一信号以获得输出信息、并用于给参照晶体管（114）供给该第二信号以获得参照信息的装置，并且其中所述化学敏感场效应晶体管（110）被施加以被测流体，并且该参照晶体管（114）处于参照环境中；

用于把该输出信息与该参照信息相比较（506）以响应于比较结果来匹配放大系数而使得该输出信息与该参照信息被平衡的装置；以及

用于分析（508）该放大系数以获得测量值的装置。

8.根据权利要求7所述的装置（100），其中用于进行提供（502）的该装置包含有时钟发生器（102）和至少一个放大器（104，106），其中该时钟发生器（102）构造用于提供该第一信号和第二信号，并且所述至少一个放大器（104，106）构造用于把该第一信号以一个放大系数放大，其中用于供给（504）的装置构造用于把该第一信号或由此导出的信号提供至所述化学敏感场效应晶体管（100）的至少一个栅极电极（G）和/或源极电极（S），和/或构造用于把该第二信号和由此导出的信号至少提供至该参照晶体管（114）的栅极电极（G）和/或源极电极（S），其中该输出信息代表在所述化学敏感场效应晶体管（110）的漏极触点（D）和源极触点（S）之间的电流，并且该参照信息代表在该参照晶体管（114）的漏极触点（D）和源极触点（S）之间的电流，其中用于比较（506）的该装置包含有调节器。