CN114146736B - 微流控装置及其驱动电路和驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种微流控装置及其驱动电路和驱动方法,涉及微流控技术领域。驱动电路包括至少一个开关单元,开关单元包括第一信号输入端、信号输出端、第一控制信号端、第二控制信号端和信号端子,第一模块、第二模块和第三模块;第一模块电连接第一信号输入端、信号输出端和第二模块,第二模块电连接第一控制信号端,第三模块电连接信号输出端、第二控制信号端和信号端子;第一控制信号端用于控制第一模块和第二模块导通或关闭,第二控制信号端用于控制第三模块导通或关闭,以控制信号输出端输出第一信号输入端的第一信号或信号端子的第二信号。搭建新的驱动电路,通过向信号输出端施加满足需求的驱动信号,以实现对于微流控装置中液滴的驱动。
Description
技术领域
本发明涉及微流控技术领域,更具体地,涉及一种微流控装置及其驱动电路和驱动方法。
背景技术
微流控(MicroFluidics)技术是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科,能够精确操控液滴移动,实现液滴的融合、分离等操作,完成各种生物化学反应,是一种以在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的技术。近年来,微流控芯片凭借其体积小、功耗低、成本低,所需样品及试剂量少,可实现液滴单独、精准操控,检测时间短,灵敏度高,易于和其他器件集成等优势,而被广泛应用于生物、化学、医学等领域。
现有技术中微流控装置一般包括控制电路和驱动电极,控制电路用于给驱动电极提供电压,使得相邻驱动电极之间形成电场,液滴在电场的驱动作用下移动。
现有技术中,有源驱动芯片能输出的驱动电压和能驱动液滴移动的电压相差较大,一般能够驱动液滴移动的电压需在40V以上,远超显示屏的液晶驱动电压,因此无法用显示屏驱动芯片来驱动微流控的TFT阵列,所以现有有源驱动芯片存在驱动电压不足的问题。
因此,如何改进微流控装置以实现大批量样品检测、反应是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种微流控装置及其驱动电路和驱动方法,用以解决微流控驱动不足以提供驱动液滴移动所需电压的问题。
第一方面,本申请提供一种微流控装置的驱动电路,包括至少一个开关单元,所述开关单元包括第一信号输入端、信号输出端、第一控制信号端、第二控制信号端和信号端子,第一模块、第二模块和第三模块;
其中,所述第一模块电连接所述第一信号输入端、所述信号输出端和所述第二模块,所述第二模块至少电连接所述第一控制信号端,所述第三模块至少电连接所述信号输出端、所述第二控制信号端和所述信号端子;
所述第一控制信号端用于控制所述第一模块和所述第二模块导通或关闭,所述第二控制信号端用于控制所述第三模块导通或关闭,以控制所述信号输出端输出所述第一信号输入端的第一信号或所述信号端子的第二信号。
第二方面,本申请提供一种微流控装置,包括:
相对设置的第一基板和第二基板;
驱动电极层,位于所述第一基板,包括多个驱动电极;
第一绝缘层,位于所述驱动电极层朝向所述第二基板侧;
第二绝缘层,位于所述第二基板,且靠近所述第一绝缘层侧;
通道,形成于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间,且用于容纳液滴;
其中,所述驱动电极电连接如所述的驱动电路。
第三方面,本申请提供一种微流控装置的驱动方法,用于所述的微流控装置;
驱动电路包括开关单元,所述开关单元包括信号输出端、第一信号输入端和信号端子,所述信号输出端输出第一信号输入端的第一信号或信号端子的第二信号;
所述驱动方法包括第一驱动阶段和第二驱动阶段;
所述第一驱动阶段,所述信号输出端向所述连接器传输所述第一信号,驱动电极接收所述第一信号;
所述第二驱动阶段,所述信号输出端向所述连接器传输所述第二信号,驱动电极接收所述第二信号。
与现有技术相比,本发明提供的一种微流控装置及其驱动电路和驱动方法,至少实现了如下的有益效果:
本申请提供了一种微流控装置及其驱动电路和驱动方法,通过在提供的微流控装置中,搭建出新的驱动电路,并控制信号输入端接收到的电信号大小,控制驱动电路最终输出的信号类型,从而控制最终输出到驱动电极的电信号大小,以实现更高数值的高电平信号的输出,实现对于微流控装置中液滴的驱动。
当然,实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述,本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例,并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的一种示意图;
图2所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的另一种示意图;
图3所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的另一种示意图;
图4所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的另一种示意图;
图5所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的另一种示意图;
图6所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的另一种示意图;
图7所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的另一种示意图;
图8所示为本申请实施例提供的驱动电路的一种示意图;
图9所示为本申请实施例提供的驱动电路的另一种示意图;
图10所示为本申请实施例提供的驱动电路的另一种示意图;
图11所示为本申请实施例提供的驱动电路的另一种示意图;
图12所示为本申请实施例提供的驱动电路的另一种示意图;
图13所示为本申请实施例提供的驱动电路的另一种示意图;
图14所示为本申请实施例提供的微流控装置和驱动电路的一种连接的示意图;
图15所示为本申请实施例提供的图14中AA’的一种截面图;
图16所示为本申请实施例提供的微流控装置的驱动方法的一种流程图;
图17所示为本申请实施例提供的微流控装置的驱动方法的另一种流程图;
图18所示为本申请实施例提供的微流控装置的驱动方法的另一种流程图;
图19所示为本申请实施例提供的微流控装置的驱动方法的另一种流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
现有技术中,有源驱动芯片能输出的驱动电压和能驱动液滴移动的电压相差较大,一般能够驱动液滴移动的电压需在40V以上,远超显示屏的液晶驱动电压,因此无法用显示屏驱动芯片来驱动微流控的TFT阵列,所以现有有源驱动芯片存在驱动电压不足的问题。
有鉴于此,本发明提供了一种微流控装置及其驱动电路和驱动方法,通过在驱动电路中利用MOS管、电阻等器件搭建新型的驱动单元,然后利用FPGA输出信号控制每个驱动单元按照任意时序输出信号。通过选择合适的器件,使得新型驱动单元的输出信号的高电平可以达到200V甚至更多,从而解决微流控驱动不足以提供驱动液滴移动所需电压的问题。
图1所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的一种示意图,请参照图1,本申请提供了一种微流控装置的驱动电路,包括至少一个开关单元10,开关单元10包括第一信号输入端V1、信号输出端OUT1、第一控制信号端S1、第二控制信号端S2和信号端子V5,第一模块11、第二模块12和第三模块13;
其中,第一模块11电连接第一信号输入端V1、信号输出端OUT1和第二模块12,第二模块12至少电连接第一控制信号端S1,第三模块13至少电连接信号输出端OUT1、第二控制信号端S2和信号端子V5;
第一控制信号端S1用于控制第一模块11和第二模块12导通或关闭,第二控制信号端S2用于控制第三模块13导通或关闭,以控制信号输出端OUT1输出第一信号输入端V1的第一信号或信号端子V5的第二信号。
具体地,本申请提供了一种微流控装置的驱动电路,该驱动电路中包括至少一个开关单元10,开关单元10包括第一模块11、第二模块12和第三模块13,第一模块11电连接第一信号输入端V1、信号输出端OUT1和第二模块12,第一信号输入端V1例如可用于向第一模块11输入高电平信号,在第一模块11打开的情况下,该高电平信号可通过信号输出端OUT1传输给驱动电极。第二模块12至少电连接第一控制信号端S1,以及第一模块11,第一控制信号端S1输入的电信号类型用于控制第一模块11和第二模块12处于导通状态或关闭状态,以控制第一信号输入端V1输入的电信号能否传输给驱动电极。第三模块13至少电连接信号输出端OUT1、第二控制信号端S2和信号端子V5,第二控制信号端S2输入的电信号类型用于控制第三模块13处于导通状态或关闭状态,以控制信号端子V5输入的电信号能否通过信号输出端OUT1传输给驱动电极。
通过在开关单元10中设置第一模块11、第二模块12、第三模块13,并通过第一控制信号端S1传送给第二模块12的不同电信号类型,实现对于第一模块11和第二模块12是否处于打开状态的控制;通过第二控制信号端S2传输给第三模块13的不同电信号类型,实现对于第三模块13是否处于打开状态的控制,以控制信号输出端OUT1输出第一信号输入端V1的输入的第一信号或是信号端子V5输入的第二信号;具体为,当第一控制信号端S1控制第一模块11和第二模块12处于打开状态时,第一信号输入端V1的输入的第一信号将传送到信号输出端OUT1并输出,当第二控制信号端S2控制第三模块13处于打开状态时,信号端子V5输入的第二信号将传送到信号输出端OUT1并输出。
需要说明的是,本申请提供的该驱动电路输出的电信号将会传送给微流控装置电连接的至少部分驱动电极,用以产生电场来驱动微流控装置中液滴的移动。本申请提供的微流控装置的驱动电路中,包括至少一个开关单元10,本申请针对于该开关单元10中所包括的元器件进行更新调整,且调控该开关单元10的第一信号输入端V1接收到的电压信号不低于40V,以使得传送到信号输出端OUT1并输出的第一信号的电压大小足够大,能够在最终传送给相应的驱动电极时,使得驱动电极接收到的驱动电压足以驱动相应位置的液滴产生移动、混合或是分离的动作。
需要说明的是,此处的第一信号和第二信号在同一时间内分别传输给微流控装置中相邻设置的两个驱动电极,通过不同大小的驱动信号在相邻驱动电极之间形成电场,从而实现液滴在驱动电极产生的不同电场的驱动下发生移动,有利于使得相应的微流控装置能够实现对于大批量样品的检测或是反应等。
图2所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的另一种示意图,请参照图1和图2,可选地,第一模块11包括第一晶体管Q1、第一电阻R1和第二电阻R2;
其中,第一电阻R1的第一端电连接第一信号输入端V1和第一晶体管Q1的第一极,第二端电连接第二电阻R2的第一端和第一晶体管Q1的控制极;
第二电阻R2的第二端电连接第二模块12;
第一晶体管Q1的第二极电连接信号输出端OUT1。
具体地,本申请提供的开关单元10是通过利用MOS管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)、电阻等现有技术中已经出现的元器件重新搭建而成的,此处本申请提供一种第一模块11可选择的设置方式为,包括第一晶体管Q1、第一电阻R1和第二电阻R2。
其中,第一电阻R1的第一端电连接第一信号输入端V1、以及第一晶体管Q1的第一极,第二端电连接第二电阻R2的第一端以及第一晶体管Q1的控制极,第一电阻R1和第二电阻R2在电路中起到分流、分压的作用,以保障第一模块11中电路的正常工作。
此外,第一模块11中的第一晶体管Q1的第二极电连接信号输出端OUT1,当第一晶体管Q1的控制极接收到的电信号控制该第一晶体管Q1处于打开状态的时候,第一晶体管Q1的第一极接收来自第一信号输入端V1的电压信号,并通过第一晶体管Q1的第二极向第一开关单元10/111的信号输出端OUT1传送;当第一晶体管Q1的控制极接收到的电信号控制该第一晶体管Q1处于关闭状态的时候,则第一信号输入端V1输入的电压信号将不会向第一开关单元10/111的信号输出端OUT1传送。从而通过第一模块11是否处于开启状态,实现第一信号输入端V1的输入信号是否能够向信号输出端OUT1的传输。
其中,第一模块11中所设置的第一电阻R1和第二电阻R2形成分压电路,第一晶体管Q1的控制极和第一级这两端(第一电阻R1两端)之间存在压差,用于驱动第一晶体管Q1导通,且同时能够避免MOS管(第一晶体管Q1)电压过高而损坏的情况发生,起到保护第一晶体管Q1的作用,同时有利于保护后端电路的正常工作。
需要说明的是,第一模块11中所设置的第一电阻R1和第二电阻R2均为普通电阻,但本申请对此并不做具体限定,用户也可以根据自身的需求对电阻的类型进行调整。
请继续参照图1和图2,可选地,第二模块12包括第二晶体管Q2;
其中,第二晶体管Q2的第一极电连接第一模块11,控制极电连接第一控制信号端S1,第二极电接地。
具体地,本申请提供的开关单元10是通过利用MOS管、电阻等现有元器件重新搭建而成的,此处本申请提供一种第二模块12可选择的设置方式为,第二模块12中仅包括一个第二晶体管Q2,此处第二晶体管Q2的第一极与第一模块11中第二电阻R2的第二端电连接,第二晶体管Q2中的控制极电连接第一控制信号端S1,第二晶体管Q2中的第二极接地。
通过第一控制信号端S1传输的电信号类型控制第二晶体管Q2是否处于开启状态,从而控制接地端的电信号能否通过第二晶体管Q2实现向第一晶体管Q1控制极的传送,进而才能够实现对于第一晶体管Q1是否处于打开状态的控制;当第一晶体管Q1处于打开状态时,信号输出端OUT1则能够输出第一信号输入端V1输入的第一信号。
其中,第一信号输入端V1所接收到的第一信号的信号类型为按照一定时间间隔周期性变化的方波信号;且第一控制信号端S1所接收到的信号类型,也为按照一定时间间隔周期性变化的方波信号。需要补充的是,当第一晶体管Q1、第二晶体管Q2不处于开启状态的时候,此时可设置第一信号输入端V1、第一控制信号端S1所接收的信号类型为直流信号。
请继续参照图1和图2,可选地,第三模块13包括第三晶体管Q3;
其中,第三晶体管Q3的第一极电连接信号输出端OUT1,第二极电连接信号端子V5,控制极电连接第二控制信号端S2。
具体地,本申请提供的开关单元10是通过利用MOS管、电阻等现有元器件重新搭建而成的,此处本申请提供一种第三模块13可选择的设置方式为,第三模块13仅包括一个第三晶体管Q3,此处第三晶体管Q3的第一极和信号输出端OUT1电连接,第三晶体管Q3的第二极和信号端子V5电连接,第三晶体管Q3的控制极和第二控制信号端S2电连接。
通过第二控制信号端S2传输的电信号类型控制第三晶体管Q3是否处于开启状态,从而控制信号端子V5的电信号是否能够通过第三晶体管Q3实现向信号输出端OUT1的传送;当第三晶体管Q3处于打开状态时,信号输出端OUT1则能够输出信号端子V5输入的第二信号。
其中,第二控制信号端S2所接收到的信号类型,也为按照一定时间间隔周期性变化的方波信号。需要补充的是,当第三晶体管Q3不处于开启状态的时候,此时可设置第二控制信号端S2所接收的信号类型为直流信号。
图3所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的另一种示意图,请参照图1和图3,可选地,第三模块13包括第四晶体管Q4、单刀双掷开关Q9、第二信号输入端V2和第三信号输入端V3;
其中,第四晶体管Q4的第一极电连接信号输出端OUT1,第二极电连接信号端子V5,控制极电连接单刀双掷开关Q9的第一端;
单刀双掷开关Q9的第二端电连接第二控制信号端S2,第三端电连接第二信号输入端V2,第四端电连接第三信号输入端V3。
具体地,本申请还提供了另一种第三模块13可选择的设置方式为,第三模块13包括有一个单刀双掷开关Q9和一个第四晶体管Q4,其中第四晶体管Q4的第一极与信号输出端OUT1电连接,第四晶体管Q4的第二极和信号端子V5电连接,第四晶体管Q4的控制极和单刀双掷开关Q9的第一端电连接。
单刀双掷开关Q9的第一端电连接第四晶体管Q4的控制极,第二端电连接第二控制信号端S2,第三端电连接第二信号输入端V2,第四端电连接第三信号输入端V3,第二信号输入端V2的输入的电信号或第三信号输入端V3输入的电信号结合第二控制信号端S2所传送的电信号一同控制传送给第四晶体管Q4的控制极的电信号类型。通过接收自单刀双掷开关Q9传输给第四晶体管Q4控制极的电信号类型,实现对于第四晶体管Q4打开与否的控制,从而控制信号端子V5接收的电信号是否能够通过第四晶体管Q4实现向信号输出端OUT1的传送;当第四晶体管Q4处于打开状态时,信号输出端OUT1则能够输出信号端子V5输入的第二信号。
其中,第二信号输入端V2、第三信号输入端V3所接收到的信号类型,也均为按照一定时间间隔周期性变化的方波信号。
图4所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的另一种示意图,图5所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的另一种示意图,请参照图1、图4和图5,可选地,第一模块11还包括第三电阻R3;
其中,第三电阻R3的第一端电连接第一信号输入端V1,第二端电连接第二电阻R2的第一端。
具体地,本申请还提供了一种第一模块11可选择的实施例为,在第一模块11包括第一晶体管Q1、第一电阻R1和第二电阻R2的基础上,进一步设置第一模块11还包括第三电阻R3。
其中,新增的第三电阻R3增设于第二电阻R2的第一端与第一信号输入端V1之间,具体为,第三电阻R3的第一端与第一信号输入端V1电连接,第二端与第二电阻R2的第一端电连接。此处增设的第三电阻R3可用于对第一信号输入端V1输入的电信号起到限流的作用,以实现对于电路工作中的保护。
请参照图1和图5,可选地,第二模块12还包括第四电阻R4;
其中,第四电阻R4的第一端电连接第一控制信号端S1,第二端电连接第二晶体管Q2的第二极。
具体地,本申请还提供了一种第二模块12可选择的实施例为,在第二模块12包括第二晶体管Q2的基础上,进一步增设一个第四电阻R4。
其中,增设的第四电阻R4具体设置为,第四电阻R4的第一端与第一控制信号端S1电连接,即第四电阻R4的第一端与第二晶体管Q2的控制极电连接,第二端与第二晶体管Q2的第二极电连接。此处增设的第四电阻R4可用于对第一控制信号端S1输入的电信号起到分流的作用,以实现对于电路工作中的保护。
请参照图1和图4,可选地,第三模块13包括第三晶体管Q3、第五晶体管Q5、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第四信号输入端V4;
其中,第五电阻R5的第一端电连接第二控制信号端S2和第五晶体管Q5的控制极,第二端电连接第五晶体管Q5的第一极,且第二端接地;
第六电阻R6的第一端电连接第四信号输入端V4,第二端电连接第五晶体管Q5的第二极,且第二端电连接第三晶体管Q3的控制极;
第七电阻R7的第一端电连接第三晶体管Q3的第一极,第二端电连接信号输出端OUT1;
第三晶体管Q3的第二极电连接信号端子V5。
具体地,此处本申请还提供了另一种第三模块13可选择的设置方式为,第三模块13中设置有第五电阻R5和第五晶体管Q5,第五电阻R5的第一端与第二控制信号端S2电连接,第二端与第五晶体管Q5的第一极电连接,可用于对第二控制信号端S2输入的电信号起到分流的作用,以实现对于电路工作中的保护。
第三模块13中还设置有第六电阻R6、第三晶体管Q3和第四信号输入端V4,第六电阻R6的第一端与第四信号输入端V4电连接,第二端与第五晶体管Q5的第二极、也即与第三晶体管Q3的控制极电连接,此处的第六电阻R6用于控制第四信号输入端V4传送到第三晶体管Q3的电流不超过实际工作需要的规定值,以保证电路的正常工作。第三晶体管Q3的第二极与信号端子V5电连接,具体地,此处的信号端子V5可设置为接地,以保证地电位均衡。
第三模块13中还设置有第七电阻R7,第七电阻R7设置于第三晶体管Q3的第一极和信号输出端OUT1之间,用于控制向信号输出端OUT1传送的信号大小,从而控制该驱动电路向其需要驱动的器件传输的电信号大小在实际工作需求的范围值内,从而保证对于驱动电路所要驱动的元器件进行正常驱动的同时,避免元器件被过大的电流/电压损伤等问题。
其中,第四信号输入端V4所接收到的信号类型,也为按照一定时间间隔周期性变化的方波信号。
请参照图1和图5,可选地,第三模块13还包括第八电阻R8;
其中,第八电阻R8的第一端电连接信号输出端OUT1,第二端电连接第四晶体管Q4的第一极;
第三信号输入端V3与信号端子V5接收相同信号。
具体地,本申请还提供了一种第三模块13的设置方式,当第三模块13包括单刀双掷开关Q9时,设置单刀双掷开关Q9的第四端与第四晶体管Q4的第二极电连接,即设置第三模块13中的第三信号输入端V3与信号端子V5能够接收相同电信号的驱动;此外,还可在第三模块13中设置一个第八电阻R8,第八电阻R8位于第四晶体管Q4和信号输出端OUT1之间,用于控制向信号输出端OUT1传送的信号大小,从而控制该驱动电路向其需要驱动的器件传输的电信号大小在实际工作需求的范围值内,保证对于驱动电路所要驱动的元器件进行正常驱动的同时,避免元器件被过大的电流/电压损伤等问题。
基于第三模块13的上述设置方式,本申请还提供第三模块13可选择的设置方式为,第三模块13中的信号端子V5可设置为接收降压信号,以用于通过第四晶体管Q4实现向信号输出端OUT1所需要的降压信号的传输。
其中,第三信号输入端V3/信号端子V5所接收到的信号类型,也为按照一定时间间隔周期性变化的方波信号。
请参照图1和图4,可选地,第四信号输入端V4接收的电压信号为V4,10V≤V4≤14V。
具体地,当驱动电路开关单元10中的第三模块13包括第四信号输入端V4时,本申请提供一种第四信号输入端V4可接收的电压信号可选择的取值范围为10V-14V左右,从而保证传输给第三晶体管Q3控制极的电压信号能够和第三晶体管Q3的第二极之间具有足够的电压差,从而能够保障第三晶体管Q3的打开,以使得第三晶体管Q3第二极一端侧的电压信号能够向信号输出端OUT1的传送。
图6所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的另一种示意图,图7所示为本申请实施例提供的驱动电路中开关单元的另一种示意图,请参照图1、图6和图7,可选地,第一控制信号端S1和第二控制信号端S2电连接。
具体地,本申请提供一种驱动电路100可选择的实施例为,设置驱动电路开关单元10中的第一控制信号端S1和第二控制信号端S2同时接收相同的电信号;在开关单元10的设置中,可以为将第一控制信号端S1和第二控制信号端S2电连接起来,以使得第一控制信号端S1和第二控制信号端S2可以同时接收相同的电信号;如此设置,能够在驱动电路100正常工作的基础上,简化驱动电路100的电路结构。当然,也可如图4、图5示出的结构,只要控制传输给第一控制信号端S1和第二控制信号端S2电信号时时相同即可。
需要补充的是,本申请实施例提供的图2-图8所示的驱动电路中,其中的第一晶体管Q1均为P型MOS管(P-CHANNELENHANCEMENT MODEMOSFET,P沟道增强型金属氧化物半导体场效应管),其余的晶体管均为N型MOS管(N-CHANNELENHANCEMENTMODEMOSFET,N沟道增强型金属氧化物半导体场效应管)。当然,这仅是本申请提供的一种可选择的实施例,用户可根据实际设计需求对于晶体管的选择进行调整。
图8所示为本申请实施例提供的驱动电路的一种示意图,图9所示为本申请实施例提供的驱动电路的另一种示意图,图10所示为本申请实施例提供的驱动电路的另一种示意图,请参照图8-图10,可选地,驱动电路100中还包括集成芯片20,集成芯片20电连接任一开关单元10的第一控制信号端S1和第二控制信号端S2。
具体地,驱动电路100中除包括上述提供的各种开关单元10外,还设置有集成芯片20,此处的集成芯片20具体可设置为FPGA(Field ProgrammableGateArray)芯片,在驱动电路100中,集成芯片20的一端至少与一个开关单元10的第一控制信号端S1和第二控制信号端S2电连接,FPGA芯片用于按照一定时序产生向电连接的各个开关单元10的第一控制信号端S1、第二控制信号端S2传送的电信号,从而控制各个电连接的开关单元10能够产生相应的高压控制信号,以向驱动电路100所需驱动的元器件进行相应工作所需的调控。
请参照图8-图10,可选地,驱动电路100中还包括第一升压单元41、第一降压单元51和第一稳压器31、第二稳压器32、总电压信号端DC、连接器60;
开关单元10包括第一开关单元10/111;
其中,第一升压单元41的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第一开关单元10/111的第一信号输入端V1;
第一降压单元51的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第一稳压器31的第一端、第二稳压器32的第一端;
第一稳压器31的第二端、第二稳压器32的第二端均电连接集成芯片20;
第一开关单元10/111的信号输出端OUT1电连接连接器60。
具体地,本申请提供的驱动电路100中,除上述提供的FPGA芯片和各种开关单元10之外,还可包括其他构件,此处本申请提供一种可选择的实施例如下所述。
需要先说明的是,第一开关单元111具体如图2、图4、图6示出,但是图9仅以第一开关单元为图2示出的结构为例,图10仅以第一开关单元为图4示出的结构为例,但并不以此为限,图9中的开关单元也可为图6示出的开关单元10。
其中,驱动电路100中的开关单元10可选择为一个第一开关单元10/111,此处的第一开关单元10/111可为Source开关单元,Source开关单元的特点在于,其第三模块13中包括第二控制信号端S2和第三晶体管Q3,或是第三模块13中包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三晶体管Q3、第五晶体管Q5和第四信号输入端V4。
此时,设置驱动电路100中进一步包括的第一升压单元41的第一端和第二端分别电连接至总电压信号端DC、第一开关单元10/111的第一信号输入端V1,总电压信号端DC通过第一升压单元41将电信号传送至Source开关单元的第一信号输入端V1中。
设置驱动电路100中进一步包括的第一降压单元51的第一端与总电压信号端DC电连接,第二端分别电连接到第一稳压器31和第二稳压器32,总电压信号端DC通过第一降压单元51及第一稳压器31、第二稳压器32实现电信号向FPGA芯片的传送,以使得传送至FPGA芯片的电信号更加稳定,从而保障FPGA芯片正常工作所需的驱动信号更加稳定。
Source开关单元的信号输出端OUT1电连接驱动电路100中的连接器60,该连接器60可用于与微流控装置中的FPC柔性电路板(未示出)电连接,以作为FPC与驱动电路100的桥接件。
需要进一步补充的是,驱动电路100中还包括第一电压信号端Vcom,Vcom也通过连接器60与FPC电连接;同时,连接器60及Source开关单元中的接地端可在同一位置设置为接地,保障电路中相应位置的地电位均衡。
请参照图8-图10,可选地,第一开关单元10/111还包括第四信号输入端V4,第四信号输入端V4电连接总电压信号端DC。
具体地,Source开关单元的第三模块13中包括有第四信号输入端V4时,本申请提供了一种可选择的设置方式为,第四信号输入端V4直接与总电压信号端DC电连接,也即总电压信号端DC能够直接给第四信号输入端V4提供电信号,无需经过其他元器件。
由于本申请提供的第四信号输入端V4可接收的电压信号,可选择的取值大小的范围为10V-14V左右,而总电压信号端DC的电压大小通常为12V左右,如此设置,正好可由总电压信号端DC提供给第四信号输入端V4所需的电压大小;从而能够保证传输给第三晶体管Q3控制极的电压信号能够和第三晶体管Q3的第二极之间具有足够的电压差,以使得第三晶体管Q3在电路中工作时的正常开启。
图11所示为本申请实施例提供的驱动电路的另一种示意图,图12所示为本申请实施例提供的驱动电路的另一种示意图,请参照图8、图11、图12,可选地,驱动电路100还包括第一升压单元41、第一降压单元51、第二降压单元52、第三降压单元53、第四降压单元54和第一稳压器31、第二稳压器32、总电压信号端DC、连接器60;
开关单元10包括第二开关单元10/112;
其中,第一升压单元41的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第二开关单元10/112的第一信号输入端V1;
第一降压单元51的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第一稳压器31的第一端、第二稳压器32的第一端;
第二降压单元52的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第二开关单元10/112的信号端子V5;
第三降压单元53的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第二开关单元10/112的第二信号输入端V2;
第四降压单元54的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第二开关单元10/112的第三信号输入端V3;
第一稳压器31的第二端、第二稳压器32的第二端均电连接集成芯片20;
第二开关单元10/112的信号输出端OUT1电连接连接器60。
具体地,本申请提供的驱动电路100中,除上述提供的FPGA芯片和各种开关单元10之外,还可包括其他构件,此处本申请提供一种可选择的实施例如下所述。
其中,驱动电路100中的开关单元10可选择为一个第二开关单元10/112,此处的第二开关单元10/112可为Gate开关单元,Gate开关单元的特点在于,其第三模块13中包括单刀双掷开关Q9、第二控制信号端S2、第二信号输入端V2、第三信号输入端V3、第二信号输入端V2、第四晶体管Q4,或是第三模块13中另外还包括第八晶体管R8。
此时,设置驱动电路100中进一步包括的第一升压单元41的两端分别电连接总电压信号端DC和Gate开关单元的第一信号输入端V1,总电压信号端DC通过第一升压单元41将电信号传送至Gate开关单元的第一信号输入端V1中。
驱动电路100中进一步包括第一降压单元51,第一降压单元51的第一端与总电压信号端DC电连接,第二端分别电连接第一稳压器31和第二稳压器32,总电压信号端DC通过第一降压单元51及第一稳压器31、第二稳压器32实现电信号向FPGA芯片的传送,以使得传送至FPGA芯片的电信号更加稳定,从而保障FPGA芯片正常工作所需的驱动信号更加稳定。
驱动电路100中进一步包括第二降压单元52,第二降压单元52的两端分别电连接总电压信号端DC和Gate开关单元中的信号端子V5,总电压信号端DC通过第二降压单元52向Gate开关单元中的信号端子V5传送电信号,以保障传送至信号端子V5的电信号大小更加合适,避免电压过大的情况出现,以保障开关单元10的正常工作。
驱动电路100中进一步包括第三降压单元53,第三降压单元53的两端分别电连接总电压信号端DC和Gate开关单元中的第二信号输入端V2,总电压信号端DC通过第三降压单元53向Gate开关单元中的第二信号输入端V2传送电信号,以保障传送至第二信号输入端V2的电信号大小更加合适,避免电压过大的情况出现,以保障开关单元10的正常工作。
驱动电路100中进一步包括第四降压单元54,第四降压单元54的两端分别电连接总电压信号端DC和Gate开关单元中的第三信号输入端V3,总电压信号端DC通过第四降压单元54向Gate开关单元中的第三信号输入端V3传送电信号,以保障传送至第三信号输入端V3的电信号大小更加合适,避免电压过大的情况出现,以保障开关单元10的正常工作。
Gate开关单元的信号输出端OUT1电连接驱动电路100中的连接器60,该连接器60可用于与微流控装置中的FPC柔性电路板电连接,以作为FPC与驱动电路100的桥接件。
需要进一步补充的是,驱动电路100中还包括第一电压信号端Vcom,Vcom也通过连接器60与FPC电连接;同时,连接器60及Gate开关单元中的接地端可在同一位置设置为接地,保障电路中相应位置的地电位均衡。
请参照图12,可选地,第二降压单元52复用为第四降压单元54。
具体地,当Gate开关单元中的第三信号输入端V3与信号端子V5接收相同信号时,本申请提供一种驱动电路100可选择的设置方式为,将上述的第二降压单元52直接复用为第四降压单元54,通过一个第二降压单元52同时实现给第三信号输入端V3和信号端子V5电信号的传送,在保障驱动电路100正常工作的基础上,降低驱动电路100设计的复杂程度。
图13所示为本申请实施例提供的驱动电路的另一种示意图,请结合图9-图12参照图13,可选地,驱动电路100还包括第一升压单元41、第二升压单元42、第一降压单元51、第二降压单元52、第三降压单元53、第四降压单元54和第一稳压器31、第二稳压器32、总电压信号端DC、连接器60;
开关单元10包括第一开关单元10/111和第二开关单元10/112;
其中,第一升压单元41的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第一开关单元10/111的第一信号输入端V1;
第二升压单元42的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第二开关单元10/112的第一信号输入端V1;
第一降压单元51的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第一稳压器31的第一端、第二稳压器32的第一端;
第二降压单元52的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第二开关单元10/112的信号端子V5;
第三降压单元53的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第二开关单元10/112的第二信号输入端V2;
第四降压单元54的第一端电连接总电压信号端DC,第二端电连接第二开关单元10/112的第三信号输入端V3;
第一稳压器31的第二端、第二稳压器32的第二端均电连接集成芯片20;
第一开关单元10/111和第二开关单元10/112的信号输出端OUT1均电连接连接器60。
具体地,本申请提供的驱动电路100中,可包括FPGA芯片和多个开关单元10,其中,驱动电路100中的开关单元10可选择同时包括一个第一开关单元10/111和一个第二开关单元10/112,此处的第一开关单元10/111为Source开关单元,第二开关单元10/112可为Gate开关单元;Source开关单元和Gate开关单元的区别点在于第三模块13中元器件和端子的设置,具体区别如前所述,此处不再赘述。
其中,本申请图2、图4、图6示出的即为Source开关单元可选择的实施例,图3、图5、图7示出的即为Gate开关单元可选择的实施例。
需要说明的是,图13中并未示出第一开关单元10/111和一个第二开关单元10/112细节电路结构,可参照图9-12,以及图2-图7所示出的内容进行结合。
此时设置驱动电路100中进一步包括的第一升压单元41的第一端和第二端分别电连接至总电压信号端DC、第一开关单元10/111的第一信号输入端V1,总电压信号端DC通过第一升压单元41将电信号传送至Source开关单元的第一信号输入端V1中。
驱动电路100中进一步包括的第二升压单元42的两端分别电连接总电压信号端DC和Gate开关单元的第一信号输入端V1,总电压信号端DC通过第二升压单元42将电信号传送至Gate开关单元的第一信号输入端V1中。
驱动电路100中进一步包括的第一降压单元51的第一端与总电压信号端DC电连接,第二端分别电连接到第一稳压器31和第二稳压器32,总电压信号端DC通过第一降压单元51及第一稳压器31、第二稳压器32实现电信号向FPGA芯片的传送,以使得传送至FPGA芯片的电信号更加稳定,从而保障FPGA芯片正常工作所需的驱动信号更加稳定。
驱动电路100中进一步包括第二降压单元52,第二降压单元52的两端分别电连接总电压信号端DC和Gate开关单元中的信号端子V5,总电压信号端DC通过第二降压单元52向Gate开关单元中的信号端子V5传送电信号,以保障传送至信号端子V5的电信号大小更加合适,避免电压过大的情况出现,以保障开关单元10的正常工作。
驱动电路100中进一步包括第三降压单元53,第三降压单元53的两端分别电连接总电压信号端DC和Gate开关单元中的第二信号输入端V2,总电压信号端DC通过第三降压单元53向Gate开关单元中的第二信号输入端V2传送电信号,以保障传送至第二信号输入端V2的电信号大小更加合适,避免电压过大的情况出现,以保障开关单元10的正常工作。
驱动电路100中进一步包括第四降压单元54,第四降压单元54的两端分别电连接总电压信号端DC和Gate开关单元中的第三信号输入端V3,总电压信号端DC通过第四降压单元54向Gate开关单元中的第三信号输入端V3传送电信号,以保障传送至第三信号输入端V3的电信号大小更加合适,避免电压过大的情况出现,以保障开关单元10的正常工作。
Source开关单元和Gate开关单元的信号输出端OUT1均电连接驱动电路100中的连接器60,该连接器60可用于与微流控装置中的FPC柔性电路板电连接,以作为FPC与驱动电路100的桥接件。
需要说明的是,如果是有源数字微流控装置,则驱动电路100中需要同时包括Source开关单元和Gate开关单元,同时从连接器60处接入source和gate信号;如果是无源数字微流控装置时,则可选择驱动电路100中仅包括Source开关单元、或仅包括Gate开关单元,即从连接器60处单独接入source或者gate信号即可。
当驱动电路100中包括第一开关单元10/111和第二开关单元10/112,且其中的Source开关单元(第一开关单元10/111)包括第四信号输入端V4时,本申请提供此种驱动电路100的一种设置方式为,Source开关单元的第四信号输入端V4电连接总电压信号端DC,也即总电压信号端DC能够直接给第四信号输入端V4提供电信号,无需经过其他元器件。
当驱动电路100中包括第一开关单元10/111和第二开关单元10/112,且其中的Gate开关单元中的第三信号输入端V3与信号端子V5接收相同信号时,本申请提供一种驱动电路100可选择的设置方式为,将上述的第二降压单元52直接复用为第四降压单元54,通过一个第二降压单元52同时实现给第三信号输入端V3和信号端子V5电信号的传送,在保障驱动电路100正常工作的基础上,降低驱动电路100设计的复杂程度。
请参照图1-图13,可选地,第一信号输入端V1接收的电压信号为V1;开关单元10包括第一开关单元10/111和第二开关单元10/112;
第一开关单元10/111中,V1≥40V;第二开关单元10/112中,V1≥50V。
具体地,本申请提供的上述驱动电路100中,无论是仅包括第一开关单元10/111(Source开关单元)、仅包括第二开关单元10/112(Gate开关单元)、还是同时包括Source开关单元和Gate开关单元,本申请为了满足第一信号输入端V1所需电信号的大小,提供了第一开关单元10/111(Source开关单元)的第一信号输入端V1需接收的电压信号取值范围为大于等于40V,第二开关单元10/112(Gate开关单元)的第一信号输入端V1需接收的电压信号取值范围为大于等于50V;从而保障开关单元10最终传送的微流控驱动电压足够大,能够实现对微流控装置中液滴的驱动。
需要补充的是,参照上述实施例可知,本申请是通过利用MOS管、电阻等器件搭建出新型的Source开关单元和/或Gate开关单元,然后利用FPGA芯片输出信号控制每个驱动单元按照任意时序输出信号的;此处新型的Source开关单元和Gate开关单元输出信号的高电平可以达到200V甚至更多;即Source开关单元和Gate开关单元的输出电压和时序能够满足其电连接的驱动电极的驱动需求,用以解决现有技术中存在的驱动电压不足、驱动效果不佳的问题。
图14所示为本申请实施例提供的微流控装置和驱动电路的一种连接的示意图,图15所示为本申请实施例提供的图14中AA’的一种截面图,请参照图14和图15,基于同一发明构思,本申请还提供了一种微流控装置200,包括:
相对设置的第一基板70和第二基板80;
驱动电极层72,位于第一基板70,包括多个驱动电极721;
第一绝缘层73,位于驱动电极层72朝向第二基板80侧;
第二绝缘层83,位于第二基板80,且靠近第一绝缘层73侧;
通道,形成于第一绝缘层73和第二绝缘层83之间,且用于容纳液滴74;
其中,驱动电极721电连接的驱动电路100,该驱动电路100为本申请提供的任一种驱动电路100。
具体地,本申请还提供了一种微流控装置200,前述的微流控装置的驱动电路100即为用于该微流控装置200的。
本申请提供的微流控装置200至少包括位于第一基板70中的驱动电极层72和第一绝缘层73,位于第二基板80中的第二绝缘层83;相邻且相对设置的第一绝缘层73和第二绝缘层83之间形成用于容纳液滴74的通道,前述的驱动电路100中开关单元10的信号输出端OUT1与驱动电极层72中的各个驱动电极721电连接,用于通过驱动电路100提供给至少部分需工作的驱动电极721相应的驱动信号,具体为通过将驱动电路100输出的第一信号和第二信号在同一时间内分别传输给微流控装置200中相邻设置的两个驱动电极721,通过不同大小的驱动信号在相邻驱动电极721之间形成电场,从而实现液滴74在驱动电极721产生的不同电场的驱动下发生移动,实现液滴74的移动、混合、分离等动作。其中,图14所示出的71/81为衬底层。
请结合图1-图15,可选地,驱动电路100包括连接器60、柔性电路板75,连接器60电连接柔性电路板75的第一端口751;
驱动电极721电连柔性电路板75的第二端口752。
具体地,本申请提供的微流控装置200的驱动电路100中,还包括连接器60、柔性电路板75(FPC),其中连接器60电连接柔性电路板75的信号输入端(第一端口751),柔性电路板75的第二端口752电连接至驱动电极,用于将通过开关单元10输出的驱动信号经连接器60和柔性电路板75之后传送给驱动电极721,通过驱动电路100提供给至少部分需工作的驱动电极721相应的驱动信号,从而实现对于驱动电极721对应区域中液滴74的驱动,实现液滴74的移动。
此处还需要说明的是,本申请提供的驱动电路100是位于微流控装置200的外围进行设置的,通过柔性电路板75将驱动电路100输出的电信号分别向微流控装置200中的各个驱动电极721进行传送,通过将驱动电路100输出的第一信号和第二信号在同一时间内分别传输给微流控装置200中相邻设置的两个驱动电极721,通过不同大小的驱动信号在相邻驱动电极721之间形成电场,从而实现液滴74在驱动电极721产生的不同电场的驱动下发生移动。
图16所示为本申请实施例提供的微流控装置的驱动方法的一种流程图,请结合图1-图15参照图16,基于同一发明构思,本申请还提供了一种微流控装置200的驱动方法,用于前述的微流控装置200,该微流控装置200为本申请提供的任一种微流控装置200;
驱动电路100包括开关单元10,开关单元10包括信号输出端OUT1、第一信号输入端V1和信号端子V5,信号输出端OUT1输出第一信号输入端V1的第一信号或信号端子V5的第二信号;
驱动方法包括第一驱动阶段和第二驱动阶段;
步骤301、第一驱动阶段,信号输出端OUT1向连接器60传输第一信号,驱动电极接收第一信号;
步骤302、第二驱动阶段,信号输出端OUT1向连接器60传输第二信号,驱动电极接收第二信号。
具体地,本申请还提供了一种微流控装置200的驱动方法,该驱动方法针对于前述微流控装置200驱动电路100中的开关单元10提出。
本申请提供的驱动方法至少包括第一驱动阶段和第二驱动阶段,其中,在第一驱动阶段,开关单元10的信号输出端OUT1输出的为第一信号输入端V1输入的第一信号,则此时与该驱动电路100电连接的驱动电极接收到的驱动信号则为第一信号;在第二驱动阶段,开关单元10的信号输出端OUT1输出的为信号端子V5输入的第二信号,则此时与该驱动电路100电连接的驱动电极接收到的驱动信号则为第二信号。
图17所示为本申请实施例提供的微流控装置的驱动方法的另一种流程图,请结合图1-图15参照图17,可选地,开关单元10还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一控制信号端S1、第二控制信号端S2、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2和第三晶体管Q3;
驱动方法包括:
步骤303、第一驱动阶段,第一控制信号端S1接收第一电平信号,第二控制信号端S2接收第二电平信号,第二晶体管Q2和第一晶体管Q1导通,第三晶体管Q3断开,信号输出端OUT1向连接器60输出第一信号输入端V1的第一信号;
步骤304、第二驱动阶段,第一控制信号端S1接收第二电平信号,第二控制信号端S2接收第一电平信号,第二晶体管Q2和第一晶体管Q1断开,第三晶体管Q3导通,信号输出端OUT1向连接器60输出信号端子V5的第二信号。
具体地,当驱动电路100中的开关单元10为第一开关单元10/111(Source开关单元),且该开关单元10中的第一模块11具体包括第一信号输入端V1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一晶体管Q1,第二模块12具体包括第一控制信号端S1、第二晶体管Q2,第三模块13具体包括信号输出端OUT1、第二控制信号端S2、第三晶体管Q3和信号端子V5时;本申请提供的驱动方法仍至少包括第一驱动阶段和第二驱动阶段,其中,在第一驱动阶段,第一步为,向第一控制信号端S1和第二控制信号端S2同时传送第二电平信号,具体可为低电平信号;第二步为,调整第一控制信号端S1接收第一电平信号,具体可为高电平信号,第二控制信号端S2仍接收第一电平信号,此时第一控制信号端S1传送来的高电平信号驱动第二晶体管Q2导通,则第二电阻R2接地,由于第一电阻R1、第二电阻R2分压导致第一晶体管Q1的控制极和第一级这两端之间存在压差,使得第一晶体管Q1导通;由于第二控制信号端S2传送低电平信号,因此第三晶体管Q3处于断开状态,则此时信号输出端OUT1传送的为第一信号输入端V1输入的信号,即向连接器60输出第一信号输入端V1的第一信号。
第二驱动阶段,第一步为,向第一控制信号端S1和第二控制信号端S2同时传送第二电平信号,具体可为低电平信号;第二步为,第一控制信号端S1仍接收第二电平信号,调整第二控制信号端S2接收第一电平信号,具体可为高电平信号;由于第一控制信号端S1向第二晶体管Q2的控制极传输低电平信号,因此第二晶体管Q2处于断开状态,此时第一晶体管Q1的控制极和第一级这两端之间不存在压差,因此第一晶体管Q1也处于断开状态,而第二控制信号端S2行第三晶体管Q3的控制极传送高电平信号,驱使第三晶体管Q3导通,则此时信号输出端OUT1传送的为信号端子V5输入的信号,此时信号输出端OUT1向连接器60输出信号端子V5的第二信号。
在第一驱动阶段中,开关单元10向连接器60输出第一信号输入端V1的第一信号,由于本申请提供Source开关单元中向第一信号输入端V1的对地电压不低于40V,因此,传送给连接器60的第一信号的电压大小是足够大的,能够在最终传送给相应的驱动电极时,使得驱动电极接收到的驱动电压足以驱动液滴74产生移动。
图18所示为本申请实施例提供的微流控装置的驱动方法的另一种流程图,请结合图1-图15参照图18,可选地,开关单元10还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一控制信号端S1、第二控制信号端S2、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第五晶体管Q5和第四信号输入端V4;
驱动方法包括:
步骤305、第一驱动阶段,第一控制信号端S1和第二控制信号端S2接收第一电平信号,第二晶体管Q2和第五晶体管Q5导通,第一晶体管Q1导通,第三晶体管Q3断开,信号输出端OUT1向连接器60输出第一信号输入端V1的第一信号;
步骤306、第二驱动阶段,第一控制信号端S1和第二控制信号端S2接收第二电平信号,第二晶体管Q2和第五晶体管Q5断开,第一晶体管Q1断开,第三晶体管Q3导通,信号输出端OUT1向连接器60输出信号端子V5的第二信号。
具体地,当驱动电路100中的开关单元10为第一开关单元10/111(Source开关单元),且该开关单元10中的第一模块11具体包括第一信号输入端V1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一晶体管Q1、第三电阻R3,第二模块12具体包括第一控制信号端S1、第二晶体管Q2、第四电阻R4,第三模块13具体包括信号输出端OUT1、第二控制信号端S2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三晶体管Q3、第五晶体管Q5和信号端子V5时;本申请提供的驱动方法仍至少包括第一驱动阶段和第二驱动阶段,其中,在第一驱动阶段,第一步为,向第一控制信号端S1传送第二电平信号,具体可为低电平信号,同时向第二控制信号端S2传送第一电平信号,具体可为高电平信号;高电平信号传送至第五晶体管Q5的控制极,驱使第五晶体管Q5导通,此时第三晶体管Q3断开,低电平信号传送至第二晶体管Q2的控制极,使得第二晶体管Q2处于断开状态,此时第一晶体管Q1也处于断开状态;第二步为,调整第一控制信号端S1接收第一电平信号,第二控制信号端S2仍接收第一电平信号,此时第一控制信号端S1传送来的高电平信号驱动第二晶体管Q2导通,则第二电阻R2接地,由于第一电阻R1、第二电阻R2分压导致第一晶体管Q1的控制极和第一级这两端之间存在压差,使得第一晶体管Q1导通;由于第二控制信号端S2传送低电平信号,因此第三晶体管Q3处于断开状态,则此时信号输出端OUT1传送的为第一信号输入端V1输入的信号,即向连接器60输出第一信号输入端V1的第一信号。
第二驱动阶段,第一步为,向第一控制信号端S1传送第二电平信号,具体可为低电平信号,同时向第二控制信号端S2传送第一电平信号,具体为高电平信号;低电平信号传送给第二晶体管Q2的控制极,使得第二晶体管Q2处于断开状态,则此时第一晶体管Q1也处于断开状态,高电平信号传送给第五晶体管Q5的控制极,驱使第五晶体管Q5处于开启状态,此时第三晶体管Q3处于断开状态;第二步为,第一控制信号端S1仍接收第二电平信号,调整第二控制信号端S2接收第二电平信号;由于第一控制信号端S1向第二晶体管Q2的控制极传输低电平信号,第二晶体管Q2处于断开状态,因此第一晶体管Q1也处于断开状态,第五晶体管Q5仍处于开启状态,此时第三晶体管Q3也处于开启状态,则此时信号输出端OUT1传送的为信号端子V5输入的信号,此时信号输出端OUT1向连接器60输出信号端子V5的第二信号,当信号端子V5为接地时,则传送给信号输出端OUT1的为0V电压。
在第一驱动阶段中,开关单元10向连接器60输出第一信号输入端V1的第一信号,由于本申请提供Source开关单元中向第一信号输入端V1的对地电压不低于40V,因此,传送给连接器60的第一信号的电压大小是足够大的,能够在最终传送给相应的驱动电极时,使得驱动电极接收到的驱动电压足以驱动液滴74产生移动。
图19所示为本申请实施例提供的微流控装置的驱动方法的另一种流程图,请结合图1-图15参照图19,可选地,开关单元10还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一控制信号端S1、第二控制信号端S2、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第四晶体管Q4、单刀双掷开关Q9、第二信号输入端V2和第三信号输入端V3;
驱动方法包括:
步骤307、第一驱动阶段,第一控制信号端S1和第二控制信号端S2接收第一电平信号,第二晶体管Q2导通,第一晶体管Q1导通,第四晶体管Q4断开,信号输出端OUT1向连接器60输出第一信号输入端V1的第一信号;
步骤308、第二驱动阶段,第一控制信号端S1和第二控制信号端S2接收第二电平信号,第二晶体管Q2断开,第一晶体管Q1断开,第四晶体管Q4导通,信号输出端OUT1向连接器60输出信号端子V5的第二信号。
具体地,当驱动电路100中的开关单元10为第二开关单元10/112(Gate开关单元),且该开关单元10中的第一模块11具体包括第一信号输入端V1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一晶体管Q1,第二模块12具体包括第一控制信号端S1、第二晶体管Q2,第三模块13具体包括信号输出端OUT1、第二控制信号端S2、单刀双掷开关Q9、第二信号输入端V2、第三信号输入端V3、第四晶体管Q4和信号端子V5时;本申请提供的驱动方法仍至少包括第一驱动阶段和第二驱动阶段,其中,在第一驱动阶段,第一步为,向第一控制信号端S1传送第二电平信号,具体可为低电平信号,同时向第二控制信号端S2传送第一电平信号,具体可为高电平信号;此时单刀双掷开关Q9接收第三信号输入端V3输入的低电平信号并传送至第四晶体管Q4的控制极,使得第四晶体管Q4处于断开状态;第一控制信号端S1的低电平信号传送给第二晶体管Q2,使得第二晶体管Q2和第一晶体管Q1均处于断开状态;第二步为,调整第一控制信号端S1接收高电平信号,第二控制信号端S2仍接收高电平信号,此时第二晶体管Q2的控制极接收高电平信号,驱使第二晶体管Q2、第一晶体管Q1均处于开启状态,此时第四晶体管Q4仍处于断开状态,则此时信号输出端OUT1传送的为第一信号输入端V1输入的信号,即向连接器60输出第一信号输入端V1的第一信号。
第二驱动阶段,第一步为,向第一控制信号端S1传送第二电平信号,具体可为低电平信号,同时向第二控制信号端S2传送第一电平信号,具体可为高电平信号;此时单刀双掷开关Q9接收第三信号输入端V3输入的低电平信号并传送至第四晶体管Q4的控制极,使得第四晶体管Q4处于断开状态;第一控制信号端S1的低电平信号传送给第二晶体管Q2,使得第二晶体管Q2和第一晶体管Q1均处于断开状态;第二步为,第一控制信号端S1仍接收低电平信号,调整第二控制信号端S2也接收低电平信号,此时第二晶体管Q2的控制极接收低电平信号,使得第二晶体管Q2、第一晶体管Q1均处于断开状态,此时向第四晶体管Q4传送第二信号输入端V2的高电平信号,驱使第四晶体管Q4处于开启状态,则此时信号输出端OUT1传送的为信号端子V5输入的信号,此时信号输出端OUT1向连接器60输出信号端子V5的第二信号。
在第一驱动阶段中,开关单元10向连接器60输出第一信号输入端V1的第一信号,由于本申请提供Gate开关单元中向第一信号输入端V1的对地电压不低于50V,因此,传送给连接器60的第一信号的电压大小是足够大的,能够在最终传送给相应的驱动电极时,使得驱动电极接收到的驱动电压足以驱动液滴74产生移动。
请继续参照图19,可选地,开关单元10还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第八电阻R8、第一控制信号端S1、第二控制信号端S2、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第四晶体管Q4、单刀双掷开关Q9、第二信号输入端V2和第三信号输入端V3;
驱动方法包括:
第一驱动阶段,第一控制信号端S1和第二控制信号端S2接收第一电平信号,第二晶体管Q2导通,第一晶体管Q1导通,第四晶体管Q4断开,信号输出端OUT1向连接器60输出第一信号输入端V1的第一信号;
第二驱动阶段,第一控制信号端S1和第二控制信号端S2接收第二电平信号,第二晶体管Q2断开,第一晶体管Q1断开,第四晶体管Q4导通,信号输出端OUT1向连接器60输出信号端子V5的第二信号。
具体地,当驱动电路100中的开关单元10为第二开关单元10/112(Gate开关单元),且该开关单元10中的第一模块11具体包括第一信号输入端V1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一晶体管Q1、第三电阻R3,第二模块12具体包括第一控制信号端S1、第二晶体管Q2、第四电阻R4,第三模块13具体包括信号输出端OUT1、第二控制信号端S2、单刀双掷开关Q9、第二信号输入端V2、第三信号输入端V3、第四晶体管Q4、第八晶体管R8和信号端子V5时;本申请提供的驱动方法仍至少包括第一驱动阶段和第二驱动阶段,其中,在第一驱动阶段,第一步为,向第一控制信号端S1传送第二电平信号,具体可为低电平信号,同时向第二控制信号端S2传送第一电平信号,具体可为高电平信号;单刀双掷开关Q9同的第三信号输入端V3和信号端子V5电连接,接收同一电信号,此时单刀双掷开关Q9接收第三信号输入端V3(信号端子V5)输入的低电平信号并传送至第四晶体管Q4的控制极,使得第四晶体管Q4处于断开状态;第一控制信号端S1的低电平信号传送给第二晶体管Q2,使得第二晶体管Q2和第一晶体管Q1均处于断开状态;第二步为,调整第一控制信号端S1接收高电平信号,第二控制信号端S2仍接收高电平信号,此时第二晶体管Q2的控制极接收高电平信号,驱使第二晶体管Q2、第一晶体管Q1均处于开启状态,此时第四晶体管Q4仍处于断开状态,则此时信号输出端OUT1传送的为第一信号输入端V1输入的信号,即向连接器60输出第一信号输入端V1的第一信号。
第二驱动阶段,第一步为,向第一控制信号端S1传送第二电平信号,具体可为低电平信号,同时向第二控制信号端S2传送第一电平信号,具体可为高电平信号;此时单刀双掷开关Q9接收第三信号输入端V3(信号端子V5)输入的低电平信号并传送至第四晶体管Q4的控制极,使得第四晶体管Q4处于断开状态;第一控制信号端S1的低电平信号传送给第二晶体管Q2,使得第二晶体管Q2和第一晶体管Q1均处于断开状态;第二步为,第一控制信号端S1仍接收低电平信号,调整第二控制信号端S2也接收低电平信号,此时第二晶体管Q2的控制极接收低电平信号,使得第二晶体管Q2、第一晶体管Q1均处于断开状态,此时向第四晶体管Q4传送第二信号输入端V2的高电平信号,驱使第四晶体管Q4处于开启状态,则此时信号输出端OUT1传送的为信号端子V5(第三信号输入端V3)输入的信号,此时信号输出端OUT1向连接器60输出信号端子V5(第三信号输入端V3)的第二信号。
在第一驱动阶段中,开关单元10向连接器60输出第一信号输入端V1的第一信号,由于本申请提供Gate开关单元中向第一信号输入端V1的对地电压不低于50V,因此,传送给连接器60的第一信号的电压大小是足够大的,能够在最终传送给相应的驱动电极时,使得驱动电极接收到的驱动电压足以驱动液滴74产生移动。
通过上述实施例可知,本发明提供的微流控装置及其驱动电路和驱动方法,至少实现了如下的有益效果:
本申请提供了一种微流控装置及其驱动电路和驱动方法,通过在提供的微流控装置中,搭建出新的驱动电路,并控制信号输入端接收到的电信号大小,控制驱动电路最终输出的信号类型,从而控制最终输出到驱动电极的电信号大小,以实现更高数值的高电平信号的输出,实现对于微流控装置中液滴的驱动。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上例子仅是为了进行说明,而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解,可在不脱离本发明的范围和精神的情况下,对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (20)
1.一种微流控装置的驱动电路,其特征在于,包括至少一个开关单元,所述开关单元包括第一信号输入端、信号输出端、第一控制信号端、第二控制信号端和信号端子,第一模块、第二模块和第三模块;
其中,所述第一模块电连接所述第一信号输入端、所述信号输出端和所述第二模块,所述第二模块至少电连接所述第一控制信号端,所述第三模块至少电连接所述信号输出端、所述第二控制信号端和所述信号端子;
所述第一模块包括第一晶体管、第一电阻和第二电阻;
其中,所述第一电阻的第一端电连接所述第一信号输入端和所述第一晶体管的第一极,第二端电连接所述第二电阻的第一端和所述第一晶体管的控制极;
所述第二电阻的第二端电连接所述第二模块;
所述第一晶体管的第二极电连接所述信号输出端;
所述第一控制信号端用于控制所述第一模块和所述第二模块导通或关闭,所述第二控制信号端用于控制所述第三模块导通或关闭,以控制所述信号输出端输出所述第一信号输入端的第一信号或所述信号端子的第二信号;所述信号输出端输出的电信号传送给微流控装置电连接的相邻设置的两个驱动电极,使得相邻两个所述驱动电极之间产生电场驱动所述微流控装置中液滴的移动;
所述第一信号输入端接收到的电压信号不低于40V;
所述第二模块包括第二晶体管;
其中,所述第二晶体管的第一极电连接所述第一模块,控制极电连接所述第一控制信号端,第二极电接地;
所述第三模块包括第四晶体管、单刀双掷开关、第二信号输入端和第三信号输入端;其中,所述第四晶体管的第一极电连接所述信号输出端,第二极电连接所述信号端子,控制极电连接所述单刀双掷开关的第一端;所述单刀双掷开关的第二端电连接所述第二控制信号端,第三端电连接所述第二信号输入端,第四端电连接所述第三信号输入端;或者,
所述第三模块包括第三晶体管、第五晶体管、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第四信号输入端;其中,所述第五电阻的第一端电连接所述第二控制信号端和所述第五晶体管的控制极,第二端电连接所述第五晶体管的第一极,且所述第二端接地;所述第六电阻的第一端电连接所述第四信号输入端,第二端电连接所述第五晶体管的第二极,且所述第二端电连接所述第三晶体管的控制极;所述第七电阻的第一端电连接所述第三晶体管的第一极,第二端电连接所述信号输出端;所述第三晶体管的第二极电连接所述信号端子;
还包括集成芯片,所述集成芯片电连接任一所述开关单元的所述第一控制信号端和所述第二控制信号端;
还包括第一升压单元、第一降压单元和第一稳压器、第二稳压器、总电压信号端、连接器;所述开关单元包括第一开关单元;其中,所述第一升压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第一开关单元的第一信号输入端;所述第一降压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第一稳压器的第一端、所述第二稳压器的第一端;所述第一稳压器的第二端、所述第二稳压器的第二端均电连接所述集成芯片;所述第一开关单元的所述信号输出端电连接所述连接器;或者,
还包括第一升压单元、第一降压单元、第二降压单元、第三降压单元、第四降压单元和第一稳压器、第二稳压器、总电压信号端、连接器;所述开关单元包括第二开关单元;其中,所述第一升压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第二开关单元的第一信号输入端;所述第一降压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第一稳压器的第一端、所述第二稳压器的第一端;所述第二降压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第二开关单元的信号端子;所述第三降压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第二开关单元的第二信号输入端;所述第四降压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第二开关单元的第三信号输入端;所述第一稳压器的第二端、所述第二稳压器的第二端均电连接所述集成芯片;所述第二开关单元的所述信号输出端电连接所述连接器;或者,
还包括第一升压单元、第二升压单元、第一降压单元、第二降压单元、第三降压单元、第四降压单元和第一稳压器、第二稳压器、总电压信号端、连接器;所述开关单元包括第一开关单元和第二开关单元;其中,所述第一升压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第一开关单元的第一信号输入端;所述第二升压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第二开关单元的第一信号输入端;所述第一降压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第一稳压器的第一端、所述第二稳压器的第一端;所述第二降压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第二开关单元的信号端子;所述第三降压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第二开关单元的第二信号输入端;所述第四降压单元的第一端电连接所述总电压信号端,第二端电连接所述第二开关单元的第三信号输入端;所述第一稳压器的第二端、所述第二稳压器的第二端均电连接所述集成芯片;所述第一开关单元和所述第二开关单元的所述信号输出端均电连接所述连接器。
2.根据权利要求1所述的微流控装置的驱动电路,其特征在于,所述第一模块还包括第三电阻;
其中,所述第三电阻的第一端电连接所述第一信号输入端,第二端电连接所述第二电阻的第一端。
3.根据权利要求1所述的微流控装置的驱动电路,其特征在于,所述第二模块还包括第四电阻;
其中,所述第四电阻的第一端电连接所述第一控制信号端,第二端电连接所述第二晶体管的第二极。
4.根据权利要求1所述的微流控装置的驱动电路,其特征在于,当所述第三模块包括第三晶体管、第五晶体管、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第四信号输入端时,所述信号端子接地。
5.根据权利要求1所述的微流控装置的驱动电路,其特征在于,当所述第三模块包括第四晶体管、单刀双掷开关、第二信号输入端和第三信号输入端时,所述第三模块还包括第八电阻;
其中,所述第八电阻的第一端电连接所述信号输出端,第二端电连接所述第四晶体管的第一极;
所述第三信号输入端与所述信号端子接收相同信号。
6.根据权利要求1和5任一项所述的微流控装置的驱动电路,其特征在于,当所述第三模块包括第四晶体管、单刀双掷开关、第二信号输入端和第三信号输入端时,所述信号端子接收降压信号。
7.根据权利要求1所述的微流控装置的驱动电路,其特征在于,当所述第三模块包括第三晶体管、第五晶体管、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第四信号输入端时,所述第四信号输入端接收的电压信号为V4,10V≤V4≤14V。
8.根据权利要求1-5之任一项所述的微流控装置的驱动电路,其特征在于,所述第一控制信号端和所述第二控制信号端电连接。
9.根据权利要求1所述的微流控装置的驱动电路,其特征在于,当驱动电路包括第一升压单元、第一降压单元和第一稳压器、第二稳压器、总电压信号端、连接器时,所述第一开关单元还包括第四信号输入端,所述第四信号输入端电连接所述总电压信号端。
10.根据权利要求1所述的微流控装置的驱动电路,其特征在于,当驱动电路包括第一升压单元、第一降压单元、第二降压单元、第三降压单元、第四降压单元和第一稳压器、第二稳压器、总电压信号端、连接器时,所述第二降压单元复用为所述第四降压单元。
11.根据权利要求1所述的微流控装置的驱动电路,其特征在于,当驱动电路包括第一升压单元、第二升压单元、第一降压单元、第二降压单元、第三降压单元、第四降压单元和第一稳压器、第二稳压器、总电压信号端、连接器时,所述第一开关单元还包括第四信号输入端时,所述第四信号输入端电连接所述总电压信号端。
12.根据权利要求11所述的微流控装置的驱动电路,其特征在于,所述第二降压单元复用为所述第四降压单元。
13.根据权利要求1所述的微流控装置的驱动电路,其特征在于,所述第一信号输入端接收的电压信号为V1;所述开关单元包括第一开关单元和第二开关单元;
所述第一开关单元中,V1≥40V;所述第二开关单元中,V1≥50V。
14.一种微流控装置,其特征在于,包括:
相对设置的第一基板和第二基板;
驱动电极层,位于所述第一基板,包括多个驱动电极;
第一绝缘层,位于所述驱动电极层朝向所述第二基板侧;
第二绝缘层,位于所述第二基板,且靠近所述第一绝缘层侧;
通道,形成于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间,且用于容纳液滴;
其中,所述驱动电极电连接如权利要求1-13之任一项所述的驱动电路。
15.根据权利要求14所述的微流控装置,其特征在于,所述驱动电路包括连接器、柔性电路板,所述连接器电连接所述柔性电路板的第一端口;
所述驱动电极电连所述柔性电路板的第二端口。
16.一种微流控装置的驱动方法,其特征在于,用于如权利要求14-15之任一项所述的微流控装置;
驱动电路包括开关单元,所述开关单元包括信号输出端、第一信号输入端和信号端子,所述信号输出端输出第一信号输入端的第一信号或信号端子的第二信号;
所述驱动方法包括第一驱动阶段和第二驱动阶段;
所述第一驱动阶段,所述信号输出端向所述连接器传输所述第一信号,驱动电极接收所述第一信号;
所述第二驱动阶段,所述信号输出端向所述连接器传输所述第二信号,驱动电极接收所述第二信号。
17.根据权利要求16所述的微流控装置的驱动方法,其特征在于,所述开关单元还包括第一电阻、第二电阻、第一控制信号端、第二控制信号端、第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管;
所述驱动方法包括:
所述第一驱动阶段,所述第一控制信号端接收第一电平信号,所述第二控制信号端接收第二电平信号,所述第二晶体管和所述第一晶体管导通,所述第三晶体管断开,所述信号输出端向所述连接器输出所述第一信号输入端的第一信号;
所述第二驱动阶段,所述第一控制信号端接收第二电平信号,所述第二控制信号端接收第一电平信号,所述第二晶体管和所述第一晶体管断开,所述第三晶体管导通,所述信号输出端向所述连接器输出所述信号端子的第二信号。
18.根据权利要求16所述的微流控装置的驱动方法,其特征在于,所述开关单元还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一控制信号端、第二控制信号端、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第五晶体管和第四信号输入端;
所述驱动方法包括:
所述第一驱动阶段,所述第一控制信号端和所述第二控制信号端接收第一电平信号,所述第二晶体管和所述第五晶体管导通,所述第一晶体管导通,所述第三晶体管断开,所述信号输出端向所述连接器输出所述第一信号输入端的第一信号;
所述第二驱动阶段,所述第一控制信号端和所述第二控制信号端接收第二电平信号,所述第二晶体管和所述第五晶体管断开,所述第一晶体管断开,所述第三晶体管导通,所述信号输出端向所述连接器输出所述信号端子的第二信号。
19.根据权利要求16所述的微流控装置的驱动方法,其特征在于,所述开关单元还包括第一电阻、第二电阻、第一控制信号端、第二控制信号端、第一晶体管、第二晶体管、第四晶体管、单刀双掷开关、第二信号输入端和第三信号输入端;
所述驱动方法包括:
所述第一驱动阶段,所述第一控制信号端和所述第二控制信号端接收第一电平信号,所述第二晶体管导通,所述第一晶体管导通,所述第四晶体管断开,所述信号输出端向所述连接器输出所述第一信号输入端的第一信号;
所述第二驱动阶段,所述第一控制信号端和所述第二控制信号端接收第二电平信号,所述第二晶体管断开,所述第一晶体管断开,所述第四晶体管导通,所述信号输出端向所述连接器输出所述信号端子的第二信号。
20.根据权利要求16所述的微流控装置的驱动方法,其特征在于,所述开关单元还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第八电阻、第一控制信号端、第二控制信号端、第一晶体管、第二晶体管、第四晶体管、单刀双掷开关、第二信号输入端和第三信号输入端;
所述驱动方法包括:
所述第一驱动阶段,所述第一控制信号端和所述第二控制信号端接收第一电平信号,所述第二晶体管导通,所述第一晶体管导通,所述第四晶体管断开,所述信号输出端向所述连接器输出所述第一信号输入端的第一信号;
所述第二驱动阶段,所述第一控制信号端和所述第二控制信号端接收第二电平信号,所述第二晶体管断开,所述第一晶体管断开,所述第四晶体管导通,所述信号输出端向所述连接器输出所述信号端子的第二信号。
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