DE102011076977A1

DE102011076977A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors

Info

Publication number: DE102011076977A1
Application number: DE102011076977A
Authority: DE
Inventors: Tobias Zibold; Petra Neff
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-06-06
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2012-12-06
Also published as: FR2976079B1; JP6016460B2; CN102818833B; CN102818833A; JP2012252008A; FR2976079A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (400) zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors (110), wobei das Verfahren (400) einen Schritt des Bereitstellens (402) eines ersten Signals und eines zweiten Signals aufweist, wobei zumindest das erste Signal mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt wird. Weiterhin weist das Verfahren (400) einen Schritt des Versorgens (404) des chemosensitiven Feldeffekttransistors (110) mit dem ersten Signal auf, um eine Ausgangsinformation zu erhalten. Im Schritt des Versorgens (404) wird weiterhin ein Referenztransistor (114) mit dem zweiten Signal versorgt, um einen Referenzinformation zu erhalten, wobei der chemosensitive Feldeffekttransistor (110) mit einem Messfluid beaufschlagt wird, und sich der Referenztransistor (114) in einer Referenzumgebung befindet. Weiterhin weist das Verfahren (400) einen Schritt des Vergleichens (406) der Ausgangsinformation mit der Referenzinformation auf, um ansprechend auf ein Ergebnis des Vergleichens den Verstärkungsfaktor anzupassen. Weiterhin weist das Verfahren (400) einen Schritt des Auswertens (408) des Verstärkungsfaktors auf, um den Messwert zu erhalten.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors, auf eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Bei einem, für eine Chemikalie empfindlichen Sensor ist ein Ausgangssignal von einer Konzentration der Chemikalie in einer Probe oder einem zu analysierenden Medium abhängig. Der Sensor stellt dabei aber kein absolutes Signal für die Konzentration bereit. Vielmehr unterliegt das Signal einer andauernden und „schleichenden“ Veränderung oder Drift. Um dem zu begegnen kann ein weiterer Sensor als Referenzsensor verwendet werden. Der Referenzsensor unterliegt im Idealfall den gleichen Alterungsprozessen und Umwelteinflüssen wie der Sensor und weist deshalb die gleiche Veränderung oder Drift auf. Aus dem Signal und dem Referenzsignal kann dann auf die Konzentration der Chemikalie in einer Probe geschlossen werden.
Die US 670 32 41 B1 beschreibt ein Verfahren zur Verringerung von Signaldrift in einer Vorrichtung zum künstlichen Riechen mit einer Anordnung von Sensoren.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors, weiterhin eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Verwendung eines Sensors und eines Referenzsensors zum Messen von Substanzen in einer Probe ein unsicheres Signal liefert, wobei jedoch diese Unsicherheit durch die Verwendung eines Regelkreises und die Verwendung eines von einem Regler des Regelkreises ausgegebenen Signals kompensiert werden kann. Das Signal weist ein Rauschen auf. Insbesondere bei niedrigen Frequenzen spielt das sogenannte 1/f-Rauschen eine dominierende Rolle. Dieses wird in MOS Feldeffektransistoren verursacht von.... Weiterhin verändert eine Konzentrationsänderung der zu messenden Substanz das Signal nur oftmals minimal verglichen mit einem Gesamtsignalpegel. Daher kann zur Ermittlung des Messergebnis vorteilhafterweise eine indirekte Größe verwendet werden. Beispielsweise kann ein geregelter Rückkopplungswert mit unmittelbarem Bezug zu dem Signal verwendet werden, um auf das tatsächliche Messergebnis zu schließen. Durch eine geeignete Auswahl an Reglerparametern kann der Rückkopplungswert das Signal präzise und mit zu vernachlässigender Abweichung repräsentieren. Ebenso kann ein elektrischer Spannungsbereich für den Rückkopplungswert gänzlich ausgeschöpft werden. Dadurch kann die Konzentration mit einer hohen Messgenauigkeit repräsentiert werden.
Chemosensoren auf der Grundlage chemisch-sensitiver Feldeffekttransistoren können kostengünstig hinsichtlich ihrer Messsensitivität durch die hier vorgeschlagenen Maßnahmen zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses sowie zur Reduktion von Umgebungseinflüssen verbessert werden.
Ein Chemosensor kann aus zwei chemosensitiven Feldeffekttransistoren (ChemFETs) sowie einer erfindungsgemäßen Schaltung zur differentiellen, taktsynchronen Messung am Ausgang dieser ChemFETs realisiert werden. Vorteilhafterweise können so mit einer einzelnen, einfachen Schaltung die wesentlichen Probleme bei der Messung des Signals von ChemFET basierten Chemosensoren gelöst werden. Die Erfindung löst auf einfache Weise das Problem, dass die Kanalstromänderung als das eigentliche Messsignal um Größenordnungen kleiner als der Kanalstrom als Hintergrundsignal ist. Zudem wird eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses durch eine Verringerung der Messbandbreite erreicht. Die hier vorgestellte Schaltung lässt sich mit einer „switched biasing" Rauschunterdrückung kombinieren.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen eines ersten Signals und eines zweiten Signals, wobei zumindest das erste Signal mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt wird;
Versorgen des chemosensitiven Feldeffekttransistors mit dem ersten Signal, um eine Ausgangsinformation zu erhalten, und Versorgen eines Referenztransistors mit dem zweiten Signal, um eine Referenzinformation zu erhalten, wobei der chemosensitive Feldeffekttransistor mit einem Messfluid beaufschlagt wird, und sich der Referenztransistor in einer Referenzumgebung befindet;
Vergleichen der Ausgangsinformation mit der Referenzinformation, um ansprechend auf ein Ergebnis des Vergleichens den Verstärkungsfaktor anzupassen; und
Auswerten des Verstärkungsfaktors, um den Messwert zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
eine Einrichtung zum Bereitstellen eines ersten Signals und eines zweiten Signals, wobei zumindest das erste Signal mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt wird;
eine Einrichtung zum Versorgen des chemosensitiven Feldeffekttransistors mit dem ersten Signal, um eine Ausgangsinformation zu erhalten, und zum Versorgen eines Referenztransistors mit dem zweiten Signal, um eine Referenzinformation zu erhalten, wobei der chemosensitive Feldeffekttransistor mit einem Messfluid beaufschlagt wird, und sich der Referenztransistor in einer Referenzumgebung befindet;
eine Einrichtung zum Vergleichen der Ausgangsinformation mit der Referenzinformation, um ansprechend auf ein Ergebnis des Vergleichens den Verstärkungsfaktor anzupassen; und
eine Einrichtung zum Auswerten des Verstärkungsfaktors, um den Messwert zu erhalten.
Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einem Messwert kann eine Repräsentation einer Konzentration eines zu messenden Stoffs in einem Messfluid verstanden werden. Beispielsweise kann der Messwert ein elektrischer Strom oder eine elektrische Spannung sein, wobei ein Wert des Stroms oder der Spannung die Konzentration repräsentiert. Ebenso kann der Messwert ein Datenwort sein, wobei eine Abfolge von Werten (Bits) die Konzentration repräsentiert. Ein chemosensitiver Feldeffekttransistor kann ein Halbleiterbauteil sein. Beispielsweise kann der chemosensitive Feldeffekttransistor einen Source-Kontakt, einen Drain-Kontakt und eine Gate-Elektrode aufweisen, wobei die Gate-Elektrode besondere elektrochemische und/oder katalytische Eigenschaften aufweisen kann. Dadurch kann ein Gleichgewicht zwischen zu detektierenden Molekülen oder Atomen des zu messenden Stoffs in dem Messfluid und angelagerten Molekülen oder Atomen des zu messenden Stoffs auf der Gate-Elektrode ein elektrisches Potential an der Gate-Elektrode beeinflussen. Das Potential kann auch durch eine angelegte elektrische Spannung beeinflusst werden. Das elektrische Potential kann einen Kanalstrom zwischen dem Source-Kontakt und dem Drain-Kontakt beeinflussen. Der Kanalstrom kann die Konzentration des zu messenden Stoffs in einem Messfluid repräsentieren. Der Kanalstrom kann einen potentialänderungsunabhängigen Anteil umfassen. Ein erstes Signal kann eine elektrische Spannung sein. Ein zweites Signal kann eine elektrische Spannung sein. Das erste Signal oder ein davon abgeleitetes Signal kann zumindest an der Gate-Elektrode des chemosensitiven Feldeffekttransistors bereitgestellt werden. Ebenso kann das zweite Signal oder ein davon abgeleitetes Signal zumindest an einer Gate-Elektrode des Referenztransistors bereitgestellt werden. Das erste Signal kann auch an einem Drain-Kontakt des chemosensitiven Feldeffekttransistors bereitgestellt werden. Ebenfalls kann das zweite Signal auch an einem Drain-Kontakt des Referenztransistors bereitgestellt werden. Ein Verstärkungsfaktor kann eine Höhe der elektrischen Spannung des ersten Signals beeinflussen. Das zweite Signal kann mit einem weiteren Verstärkungsfaktor verstärkt werden. Der weitere Verstärkungsfaktor kann ein in Bezug zum Verstärkungsfaktor in Relation zu einem Bezugspotential invertierter Verstärkungsfaktor sein. In diesem Fall kann beispielsweise eine Amplitude des ersten Signals größer werden, während eine Amplitude des zweiten Signals kleiner wird. Eine Ausgangsinformation kann den Kanalstrom repräsentieren. Beispielsweise kann die Ausgangsinformation ein Spannungsabfall an einem Messwiderstand, wie einem Shunt-Widerstand sein.
Ein Referenztransistor kann ein Halbleiterbauteil sein. Beispielsweise kann der Referenztransistor ein Feldeffekttransistor mit einem Source-Kontakt, einem Drain-Kontakt und einer Gate-Elektrode sein, wobei die Gate-Elektrode besondere elektrochemische und/oder katalytische Eigenschaften aufweisen kann. Wenn der Referenztransistor keine elektrochemische und/oder katalytische Eigenschaften aufweist, kann der Referenztransistor als Referenzumgebung ebenfalls mit dem Messfluid beaufschlagt werden und/oder beispielsweise auf einem identischen Trägerbauteil angeordnet sein, um identischen Umweltbedingungen, wie der chemosensitive Feldeffekttransistor ausgesetzt zu sein. Eine Konzentrationsänderung im Messfluid verändert dann eine Referenzinformation nicht. Beispielsweise kann der Referenztransistor eine Passivierungsschicht aufweisen, d.h. wenn der Referenztransistor beispielsweise passiviert ist, so kann er sich auch in derselben Messumgebung befinden, da durch die Passivierungsschicht eine von der Messumgebung abgetrennte Referenzumgebung erzeugt wird. Wenn der Referenztransistor elektrochemische und/oder katalytische Eigenschaften aufweist, kann der Referenztransistor beispielsweise einem Referenzfluid als Referenzumgebung ausgesetzt sein. Das Referenzfluid kann eine bekannte Konzentration des zu messenden Stoffs aufweisen. Bei gleichen oder ähnlichen Umweltbedingungen kann das Referenzsignal eine Konzentration des zu messenden Fluids in dem Referenzfluid repräsentieren. Ein Auswerten kann eine Berechnung mittels eines vorbekannten Algorithmus sein. Ein Auswerten kann auch ein Bestimmen mittels einer hinterlegten Tabelle sein, um den Messwert zu erhalten.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Ferner kann im Schritt des Vergleichens der Verstärkungsfaktor so angepasst werden, dass die Ausgangsinformation und die Referenzinformation angeglichen werden. Damit kann zumindest das erste Signal so angepasst werden, dass die Ausgangsinformation der Referenzinformation entspricht. Dann kann der Verstärkungsfaktor als Messwert interpretiert werden, der repräsentativ für die Konzentration des zu messenden Stoffs in dem Messfluid ist. Nicht durch die Konzentration bedingte Komponenten der Ausgangsinformation können so ausgefiltert werden.
Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Kalibrierens umfassen, bei dem sich der chemosensitive Feldeffekttransistor und der Referenztransistor in einer Kalibrierumgebung befinden. Eine Kalibrierumgebung kann bekannte Umgebungsbedingungen aufweisen, für die zumindest ein zu erwartender Wert für das Ausgangssignal oder das Ausgangssignal und das Referenzsignal hinterlegt sein können. Beispielsweise kann die Konzentration des zu messenden Stoffs bekannt sein. Beispielsweise kann der zu messende Stoff in der Kalibrierumgebung nicht vorhanden sein. Ebenso kann der zu messende Stoff einen bekannten Anteil an der Kalibrierumgebung aufweisen. Dadurch kann der Verstärkungsfaktor so eingestellt werden, dass das Ausgangssignal und das Referenzsignal dem zumindest einen erwarteten hinterlegten Wert entsprechen. Das Kalibrieren kann an zumindest einem Betriebspunkt den Messwert des chemosensitiven Feldeffekttransistors absichern.
Ferner kann im Schritt des Bereitstellens das erste Signal eine wechselnde Amplitude aufweisen und das zweite Signal als in Relation zu einem Bezugspotential invertiertes erstes Signal bereitgestellt werden, und im Schritt des Vergleichens kann die Ausgangsinformation mit der Referenzinformation unter Verwendung des ersten oder des zweiten Signals verglichen werden. Unter einer Amplitude kann ein aktueller Wert, beispielsweise ein Spannungswert des Signals verstanden werden. Durch wechselnde Amplituden können der chemosensitive Feldeffekttransistor und der Referenztransistor in verschiedenen Betriebspunkten betrieben werden. Um die Ausgangsinformation und die Referenzinformation entsprechend auszuwerten kann das erste oder zweite Signal als Hilfsgröße oder Takt verwendet werden. Wenn das zweite Signal ein invertiertes erstes Signal ist, kann der Referenztransistor dann eine Größe messen, wenn der chemosensitive Feldeffekttransistor keine Größe misst und umgekehrt.
Ferner kann im Schritt des Versorgens die Ausgangsinformation eine Konzentration zumindest eines Stoffes im Messfluid repräsentieren, wenn das erste Signal eine erste Amplitude aufweist, und eine Veränderung des Potentials, der Gate-Elektrode und/oder eine Inversion des Kanals des chemosensitiven Feldeffekttransistors erfolgt, wenn das erste Signal eine zweite Amplitude aufweist. Die erste Amplitude kann dabei von der zweiten Amplitude unterschiedlich sein. Beispielsweise können im chemosensitiven Feldeffekttransistor Fehlstellen im Halbleitersubstrat regeneriert werden, wenn eine niedrige Spannung an der Gate-Elektrode anliegt. Insbesondere wenn das erste Signal und das zweite Signal in Bezug auf ein Bezugspotential invertiert sind, kann der chemosensitive Feldeffekttransistor regenerieren, während der Referenztransistor misst.
Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Vereinigens umfassen, in dem eine Gesamtinformation bereitgestellt wird, welche die Ausgangsinformation und die Referenzinformation umfasst, und wobei im Schritt des Vergleichens die Gesamtinformation in einen ersten Anteil, der die Ausgangsinformation repräsentiert und einen zweiten Anteil, der die Referenzinformation repräsentiert, getrennt werden kann. Während der chemosensitive Feldeffekttransistor regeneriert beinhaltet die Ausgangsinformation keine messrelevanten Anteile. Eine Gesamtinformation kann beispielsweise eine Summe der Ausgangsinformation und der Referenzinformation sein. Ebenso kann die Gesamtinformation abwechselnd die Ausgangsinformation und die Referenzinformation repräsentieren. Dann kann ansprechend auf ein Taktsignal zwischen der Ausgangsinformation und der Referenzinformation umgeschaltet werden. Dadurch kann eine separate Übertragungsleitung zur Übermittlung der Referenzinformation eingespart und eine Übertragungsleitung für die Ausgangsinformation gemeinsam genutzt werden. Im Schritt des Vergleichens können die Anteile im Gesamtsignal dann ansprechend auf das Taktsignal einfach getrennt werden.
Günstig ist es ferner, wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schritt des Auswertens der Verstärkungsfaktor ansprechend auf eine Verstärkungsinformation beeinflusst wird. Unter einer Verstärkungsinformation kann ein Signal von beispielsweise einem (externen) Steuergerät verstanden werden. Das Beeinflussen kann ein Ändern des Verstärkungsfaktors sein, nachdem der Verstärkungsfaktor im Schritt des Vergleichens angepasst wurde. Dadurch kann Einfluss auf den chemosensitiven Feldeffekttransistor genommen werden, beispielsweise um eine Empfindlichkeit des chemosensitiven Feldeffekttransistors zu ändern, um in einem anderen Messbereich zu messen.
Ferner kann die Einrichtung zum Bereitstellen einen Taktgenerator und zumindest einen Verstärker umfassen, wobei der Taktgenerator dazu ausgebildet ist, das erste Signal und das zweite Signal bereitzustellen, und der zumindest eine Verstärker dazu ausgebildet ist, das erste Signal mit dem Verstärkungsfaktor zu verstärken. Ferner kann die Einrichtung zum Versorgen dazu ausgebildet sein, das erste Signal oder ein davon abgeleitetes Signal an zumindest einer Gate-Elektrode und/oder einer Source-Elektrode des chemosensitiven Feldeffekttransistors bereitzustellen. Ferner kann die Einrichtung zum Versorgen dazu ausgebildet sein, das zweite Signal oder ein davon abgeleitetes Signal zumindest an einer Gate-Elektrode und/oder einer Source-Elektrode des Referenztransistors bereitzustellen. Ferner kann die Ausgangsinformation einen Stromfluss zwischen einem Drain-Kontakt und einem Source-Kontakt des chemosensitiven Feldeffekttransistors repräsentieren, und die Referenzinformation einen Stromfluss zwischen einem Drain-Kontakt und einem Source-Kontakt des Referenztransistors repräsentieren. Ferner kann die Einrichtung zum Vergleichen einen Regler umfassen. Ein Taktgenerator kann ausgebildet sein, einen periodischen Takt bereitzustellen. Dabei kann der Takt beispielsweise binär bereitgestellt werden, in Form eines Rechtecksignals. Ebenso kann der Takt beispielsweise zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert schwingen. Auch durch eine Verwendung von Einzelbauteilen kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem, einem Computer entsprechenden Gerät ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 ein Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
5 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Chemisch-sensitive Feldeffekttransistoren (ChemFETs) stellen eine neue Technik zur Messung von Analyten in der Gas- oder Flüssigphase dar. Üblicherweise führt dabei die Beaufschlagung des Transistorgates mit der zu detektierenden Testspezies zu einer Veränderung des Potentials an der Gateelektrode und damit zu einer Änderung des Kanalstroms im Transistor. Der Kanalstrom des Feldeffekttransistors ist im gewählten Arbeitspunkt häufig einige Größenordnungen höher als die Kanalstromänderung durch die Beaufschlagung mit der Testspezies. Hieraus ergeben sich hohe Anforderungen an die Strommessung. Äußere Störeinflüsse sind zum Beispiel Temperaturänderungen oder Sensordegradation, die zu Änderungen des Kanalstroms führen und nicht auf der Anwesenheit von Testspezies beruhen. Um Störeinflüsse zu kompensieren kann z.B. ein Referenztransistor zum Einsatz kommen, der gegenüber den zu detektierenden Substanzen unempfindlich ist. Vorzugsweise ist das Referenzelement zu dem als Messsensor wirkenden Feldeffekttransistor identisch bezüglich Halbleiterstruktur, geometrischer Abmessung und elektrischer Charakteristik. Bei einer geringen räumlichen Trennung der beiden Feldeffekttransistoren besteht zudem eine gute Wärmekopplung. Dies ist zum Beispiel bei einer Integration der Bauelemente auf einem Chip gegeben. Eine Differenz im Kanalstrom des als Messsensors wirkenden Feldeffekttransistors und des als Referenzelement wirkenden Feldeffekttransistors ist dann im Idealfall nur noch auf Anwesenheit der zu detektierenden Substanz zurückzuführen. Dazu müssen die beiden Feldeffekttransistoren die gleichen Störeinflüsse erfahren. Zudem treten bei Feldeffekttransistoren aber auch intrinsische Störeinflüsse auf, wie z.B. Kanalrauschen oder das 1/f-Rauschen, welche sich bei Referenz- und Messsensor unterscheiden und damit nicht auf diese Art kompensiert werden können. Eine Möglichkeit zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses (SNR) stellt eine Verringerung der Messbandbreite dar. Zur Realisierung besonders geringer Messbandbreiten kommen z.B. Lock-in-Verstärker zum Einsatz. Durch ein sogenanntes „switched biasing" kann weiterhin bei FET-Anwendungen durch direkte Beeinflussung der physikalischen Ursache gezielt das 1/f-Rauschen verringert werden. Dabei wird der Transistor mit einer rechteckförmigen Wechselspannung bzw. dem Um- oder Abschalten der Ansteuerspannung angesteuert. So wird der Transistor abwechselnd bei zwei verschiedenen Arbeitspunkten betrieben, nämlich bei starker Akkumulation und starker Inversion und somit der Einfluss ortsgebundener Störstellen verringert.
1 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung 100 zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst einen Taktgenerator 102 zum Bereitstellen eines Taktsignals. Der Taktgenerator 102 weist einen ersten Ausgang, sowie einen zweiten Ausgang auf. Der Taktgenerator 102 ist dazu ausgebildet, am ersten Ausgang ein erstes Taktsignal bereitzustellen. Der Taktgenerator 102 ist ferner dazu ausgebildet, um am zweiten Ausgang ein zum ersten Taktsignal in Relation auf ein Bezugspotential invertiertes zweites Taktsignal bereitzustellen. Der erste Ausgang des Taktgenerators 102 ist mit einem Verstärkereingang eines ersten regelbaren Verstärkers 104 verbunden. Der zweite Ausgang des Taktgenerators 102 ist mit einem Verstärkereingang eines zweiten regelbaren Verstärkers 106 verbunden. Die regelbaren Verstärker 104 und 106 sind dazu ausgebildet, je ein Signal, hier das Taktsignal, am Verstärkereingang zu empfangen, das Signal um einen Verstärkungsfaktor zu verstärken und an je einem Verstärkerausgang verstärkt bereitzustellen. Die regelbaren Verstärker 104 und 106 weisen dazu je einen Regeleingang zum Empfangen des Verstärkungsfaktors auf. Der Verstärkerausgang des ersten regelbaren Verstärkers 104 ist über einen ersten Widerstand R_S 108 mit einem Drain-Kontakt D des chemosensitiven Feldeffekttransistors 110 (CF Mess) verbunden. Der Verstärkerausgang des zweiten regelbaren Verstärkers 106 ist über einen zweiten Widerstand R_S 112 mit einem Drain-Kontakt D eines zweiten chemosensitiven Feldeffekttransistors 114 (CF Ref) verbunden. Der chemosensitive Feldeffekttransistor 110 ist dazu ausgebildet, zumindest einen vorbestimmten Analyten in einem Messfluid zu detektieren. Der zweite chemosensitive Feldeffekttransistor 114 ist dazu ausgebildet, zumindest einen vorbestimmten Analyten in einem Referenzfluid zu detektieren. Dabei ist auch möglich, dass der zweite chemosensitive Feldeffekttransitor dergestalt ausgebildet ist, dass er keinen Analyten in einem Referenzfluid detektiert. Ein Source-Kontakt S des CF Mess 110 ist mit Masse verbunden. Ein Source-Kontakt S des CF Ref 114 ist ebenfalls mit Masse verbunden. Eine Gate-Elektrode G des CF Mess 110 ist dazu ausgebildet, über angelagerte Spezies des vorbestimmten Analyten des Messfluids ein elektrisches Potenzial im Feldeffekttransistor 110 zu beeinflussen, und damit einen Kanalstrom zwischen dem Source-Kontakt S des CF Mess 110 und dem Drain-Kontakt D des CF Mess 110 zu beeinflussen. Eine Gate-Elektrode G des CF Ref 114 ist dazu ausgebildet, über angelagerte Spezies des vorbestimmten Analyten des Referenzfluids ein elektrisches Potenzial im Feldeffekttransistor 114 zu beeinflussen, und damit einen Kanalstrom zwischen dem Source-Kontakt S des CF Ref 114 und dem Drain-Kontakt D des CF Ref 114 zu beeinflussen. Die Gate-Elektroden G der chemosensitiven Feldeffekttransistoren 110, 114 können über eine Steuerspannung vorgespannt werden, um einen Arbeitspunkt einzustellen. Dies ist in 1 nicht dargestellt. Ein invertierender Eingang eines Operationsverstärkers 120 ist über einen Widerstand 116 mit dem Drain-Kontakt D des CF Mess 110 verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 120 ist über einen Widerstand 118 ebenfalls mit dem Drain-Kontakt D des CF Ref 114 verbunden. Der Operationsverstärker 120 weist den invertierenden Eingang, einen positiven (d.h. nicht-invertierenden) Eingang sowie einen Ausgang auf. Der nicht-invertierende Eingang ist mit Masse verbunden. Ein Widerstand 122 ist (parallel zu dem Operationsverstärker 120) mit dem invertierenden Eingang und dem Ausgang verbunden. Der Operationsverstärker 120 und der Widerstand 122 ergänzen einander zu einem invertierenden Summierer 124. Der Ausgang des invertierenden Summierers 124 ist mit einem Eingang eines invertierenden Verstärkers 126 oder Inverters 126 verbunden. Ein Ausgang des Inverters 126 ist mit einem Eingang eines Synchrondemodulators 128 verbunden.
Ferner ist es auch denkbar, dass eine einfachere Schaltung bzw. Variante zur Zuführung eines Signals zum Summierer 124 verwendet wird, die als gestrichelte Darstellung in der 1 wiedergegeben ist. Dabei werden Spannungen an den Widerständen 108 und 112 als Ströme über die Widerstände 116 und 118 und einen Widerstand R zusammengeführt, wobei der Widerstand R zwischen einen Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 116 und 118 einerseits sowie einen Massepotentialanschluss andererseits geschaltet ist. Damit ist die Spannung V am Summationspunkt (d.h. dem Verbindungspunkt) vor einer Kapazität die Summe aus den Spannungen an den Widerständen 108 und 112. Der Kondensator (d.h. die Kapazität) C trennt den Gleichanteil ab. Der Operationsverstärker 120 wird in diesem Fall entgegen der Darstellung als 1 als positiver Verstärker mit Verstärkungsfaktor 1 (d.h. Impedanzwandler) oder mit Verstärkungsfaktor > 1 betrieben. Der Inverter 126 entfällt in diesem Fall entgegen der Darstellung aus 1 ebenfalls,.
Der Synchrondemodulator 128 weist ferner einen Takteingang, einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang auf. Der Takteingang des Synchrondemodulators 128 ist mit einem Taktausgang des Taktgenerators 102 verbunden. Der Synchrondemodulator 128 ist dazu ausgebildet ein Signal am Eingang synchron zu einem Takt am Takteingang in einen ersten Signalanteil am ersten Ausgang und einen zweiten Signalanteil am zweiten Ausgang zu trennen. Der erste Ausgang des Synchrondemodulators 128 ist über einen Widerstand 130 mit einem negativen Eingang eines integrierenden Komparators 132 verbunden. Der zweite Ausgang des Synchrondemodulators 128 ist über einen weiteren Widerstand 130 mit einem nicht-invertierenden Eingang des integrierenden Komparators 132 verbunden. Der invertierende Eingang des integrierenden Komparators 132 ist über einen Kondensator 134 mit einem Ausgang des integrierenden Komparators 132 verbunden. Der nicht-invertierende Eingang des integrierenden Komparators 132 ist über einen Kondensator 136 mit Masse verbunden. Der integrierende Komparator 132 ist dazu ausgebildet am Ausgang einen Regelwert bereitzustellen. Der Ausgang des integrierenden Komparators 132 ist mit dem Regeleingang des ersten regelbaren Verstärkers 104 verbunden. Der Ausgang des integrierenden Komparators 132 ist auch mit einem Eingang eines Inverters 136 verbunden. Ein Ausgang des Inverters 136 ist mit dem Regeleingang des zweiten regelbaren Verstärkers 106 verbunden. Der Regeleingang des ersten regelbaren Verstärkers 104 ist auch mit einem ersten Eingang eines Mikroprozessors µP 138 verbunden. Der Regeleingang des zweiten regelbaren Verstärkers 106 ist mit einem zweiten Eingang des Mikroprozessors µP 138 verbunden. Der Mikroprozessor µP 138 ist dazu ausgebildet über seinen ersten Eingang eine Ausgangsgröße des ersten regelbaren Verstärkers 104 zu beeinflussen und über seinen zweiten Eingang eine Ausgangsgröße des zweiten regelbaren Verstärkers 106 zu beeinflussen. Weiterhin ist der Mikroprozessor µP 138 beispielsweise dazu ausgebildet an einem Ausgang einen Messwert bereitzustellen, der aus dem Regelungswert bestimmt wird.
Anders ausgedrückt zeigt 1 eine Messanordnung 100 mit einem ChemFET 110 mit verbessertem Signal/Rausch-Verhältnis und reduzierten Störeinflüssen in einer Schaltung zur differentiellen, taktsynchronen Messung am Ausgang zweier ChemFETs. Der Sensor besteht aus zwei ChemFETs (CF Mess, CF Ref) 110, 114 und einer Schaltung zur differentiellen, taktsynchronen Ansteuerung der ChemFETs 110, 114 und Messung. Einer der beiden ChemFETs (CF Mess) 110 befindet sich in der Messumgebung, der andere befindet sich in einer Referenzumgebung. Vorteilhafterweise unterscheiden sich Messumgebung und Referenzumgebung nur dadurch, dass in der Referenzumgebung die zu messende Substanz in einer definierten Menge/Konzentration vorhanden ist. 1 zeigt den Sensor bestehend aus ChemFETs 110, 114 und Messschaltung 100. Ein Taktgenerator 102 generiert ein Rechtecksignal A (oder andere periodische Signale) mit einer Frequenz f. Der Taktgenerator 102 stellt auch das um 180° phasenverschobene Signal B zur Verfügung. Über separat regelbare Verstärker 104, 106 wird das Signal A über einen Widerstand R_S 108 an Drain von CF Mess 110 angelegt und Signal B wird entsprechend über einen Widerstand R_S 112 an Drain von CF Ref 114 angelegt. Source wird jeweils auf Masse gelegt. Die Spannungen, die an Drain von CF Mess 110 und CF Ref 114 anliegen, werden summiert (z.B. über einen Operationsverstärker OP 120 der als invertierender Summierer 124 ausgelegt wird). Das resultierende Signal wird über einen optionalen Verstärker/Impedanzwandler 126 mit dem Synchrondemodulator 128 demoduliert. Die den beiden Halbwellen zugeordneten Signalanteile werden z.B. über einen integrierenden Komparator 132 verglichen. Daraus leitet sich der Regelwert für die regelbaren Verstärker 104, 106 dergestalt ab, dass die Amplituden von Signal A und B so nachgeregelt werden, dass der taktsynchrone Anteil am Eingang des Synchrondemodulators 128 verschwindet. Der Regelwert wird als eigentlicher Messwert interpretiert. Die Integration eines Microcontrollers 138 ist vorteilhaft, da er die direkte Weiterverarbeitung des Messwertes ermöglicht und zusätzliche Eingriffsmöglichkeiten in den Regelkreis 100 erlaubt.
2 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung 100 zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors 110 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zur Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß 1 weist die Vorrichtung 100 aus 2 eine Verbindung zwischen dem Verstärkerausgang des ersten regelbaren Verstärkers 104 und der Gate-Elektrode G des chemosensitiven Feldeffekttransistors 110 auf. In der Verbindung ist ein Schmitt-Trigger ST 200 und ein Widerstand R 202 angeordnet. Anstelle eines Schmitt-Triggers kann auch ein gewöhnlicher Komparator verwendet werden, also ein Schmitt-Trigger ST ohne Hysterese. Dabei ist ein Eingang des Schmitt-Triggers ST 200 mit dem Verstärkerausgang des ersten regelbaren Verstärkers 104 verbunden. Ein Ausgang des Schmitt-Triggers ST 200 ist über den Widerstand R 202 mit der Gate-Elektrode G des chemosensitiven Feldeffekttransistors 110 verbunden. Weiterhin weist die Vorrichtung 100 eine Verbindung zwischen dem Verstärkerausgang des zweiten regelbaren Verstärkers 106 und der Gate-Elektrode G des chemosensitiven Feldeffekttransistors 114 auf. In der Verbindung ist ein Schmitt-Trigger ST 204 und ein Widerstand R 206 angeordnet. Dabei ist ein Eingang des Schmitt-Triggers ST 204 mit dem Verstärkerausgang des ersten regelbaren Verstärkers 106 verbunden. Ein Ausgang des Schmitt-Triggers ST 204 ist über den Widerstand R 206 mit der Gate-Elektrode G des chemosensitiven Feldeffekttransistors 114 verbunden.
Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Schaltung lässt sich mit der in der 2 dargestellten Schaltung ein „switched biasing"-Verfahren implementieren, indem die Gates der ChemFETs 110, 114 taktsynchron zu den Rechtecksignalen A und B vorgespannt werden. Besonders vorteilhaft ist die Kombination mit einer Unterdrückung der 1/f Rauschanteile durch „switched biasing". Die Gateelektroden der ChemFETs 110, 114 werden zunächst vorgespannt, so dass sich die ChemFETs 110, 114 am Arbeitspunkt befinden („operational"). Die Signale A und B bestehen aus zwei Halbwellen, und nur während je einer Halbwelle liegt zwischen Drain und Source der ChemFETs 110, 114 eine von Null verschiedene Source-Drain-Spannung an. In dieser Zeit ist der ChemFET 110, 114 damit ohnehin außer Betrieb gesetzt. Synchron hierzu wird nun der Arbeitspunkt des FET 110, 114 geeignet verschoben, so dass sich der FET 110, 114 in einem „reststate" befindet. Beim Umschalten zwischen „operational" und „rest-state" wird der FET 110, 114 zwischen starker Inversion und Akkumulation umgeschaltet. Dies lässt sich aus der 2 erkennen, aus der erkennbar ist, dass die Rechtecksignale A bzw. nach den regelbaren Verstärkern 104, 106 abgegriffen und über einen optionalen Vorwiderstand R 202, 206 auf die Gatterelektrode der ChemFETs 110, 114 gegeben werden. Um definierte Pegel zu erhalten können z. B. Schmitt-Trigger (ST) 200, 204 oder auch Inverter vorgeschaltet werden. Alternativ hierzu ist es denkbar, die Rechtecksignale bereits vor den regelbaren Verstärkern 104, 106 (also direkt am Taktgenerator 102) abzugreifen.
3 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung 100 zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Anders als in 1 ist der Drain-Kontakt D des chemosensitiven Feldeffekttransistors CF Mess 110 über den Widerstand R_S mit einer Spannungsquelle V_DS 300 verbunden. Weiterhin ist der Drain-Kontakt D des chemosensitiven Feldeffekttransistors CF Ref 114 über den Widerstand R_S mit einer Spannungsquelle V_DS 302 verbunden. Im Unterschied zur Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß 1 weist die Vorrichtung 100 gemäß dem Schaltungsdiagramm aus 3 eine Verbindung zwischen dem Verstärkerausgang des ersten regelbaren Verstärkers 104 und der Gate-Elektrode G des chemosensitiven Feldeffekttransistors 110 über einen Widerstand R 202 auf. Weiterhin weist die Vorrichtung 100 eine Verbindung zwischen dem Verstärkerausgang des zweiten regelbaren Verstärkers 106 und der Gate-Elektrode G des chemosensitiven Feldeffekttransistors 114 über einen Widerstand R 206 auf.
Eine weitere Möglichkeit der Ansteuerung, bei der das „switched biasing" implizit realisiert wird, ist somit in 3 in einer Schaltung zur Umsetzung des „switched biasing"-Verfahrens offenbart, bei dem eine konstante Spannung V_DS zwischen den Kontakten S und D des oder der Transistor(en) angelegt wird/werden. Anstatt die Source-Drain-Spannung durch die Rechtecksignale A, B zu bestimmen, wird eine konstante Spannung V_DS zwischen S und D angelegt. Wie im Ausführungsbeispiel aus 2 werden die Rechtecksignale über optionale Vorwiderstände R 202, 206 an der Gatterelektrode angelegt. In Abhängigkeit von der Amplitude der Rechtecksignale ändert sich nun der Source-Drain-Strom I_DS und damit die an den Shunt-Widerständen 108, 112 zu messende Spannung. Der Source-Drain-Strom hängt zudem wie bisher von der zu messenden chemischen Substanz ab. Durch die Regelung werden die Amplituden der Rechtecksignale nun so angepasst, dass die Differenz der an den Shunt-Widerständen 108, 112 zu messende Spannung auch in Anwesenheit und in Abhängigkeit der Konzentration der zu messenden chemischen Substanz am CF Mess 110 verschwindet.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 400 kann auf einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie sie beispielsweise in 1 gezeigt ist, ausgeführt werden. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens 402, einen Schritt des Versorgens 404, einen Schritt des Vergleichens 406 sowie einen Schritt des Auswertens 408. Im Schritt des Bereitstellens 402 werden ein erstes Signal und ein zweites Signal bereitgestellt. Zumindest das erste Signal wird mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt. Im Schritt des Versorgens 404 wird der chemosensitive Feldeffekttransistor mit dem ersten Signal versorgt, um eine Ausgangsinformation zu erhalten. Der chemosensitive Feldeffekttransistor wird mit einem Messfluid beaufschlagt. Weiterhin wird ein Referenztransistor mit dem zweiten Signal versorgt, um eine Referenzinformation zu erhalten. Der Referenztransistor befindet sich in einer Referenzumgebung. Im Schritt des Vergleichens 406 wird die Ausgangsinformation mit der Referenzinformation verglichen, um den Verstärkungsfaktor ansprechend auf ein Ergebnis des Vergleichens anzupassen. Dabei wird der Verstärkungsfaktor beispielsweise umso stärker verändert, je stärker die Ausgangsinformation von der Referenzinformation abweicht. Im Schritt des Auswertens 408 wird der Verstärkungsfaktor ausgewertet, um den Messwert zu erhalten. Dabei wird der Messwert aus dem Verstärkungsfaktor ermittelt oder durch einen Vergleich mit einer hinterlegten Vergleichstabelle bestimmt.
5 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 100 zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 weist eine Einrichtung zum Bereitstellen 502, eine Einrichtung zum Versorgen 504, eine Einrichtung zum Vergleichen 506 sowie eine Einrichtung zum Auswerten 508 auf. Die Einrichtung zum Bereitstellen 502 ist dazu ausgebildet, ein erstes Signal und ein zweites Signal bereitzustellen. Zumindest das erste Signal wird mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt. Die Einrichtung zum Versorgen 504 ist dazu ausgebildet, den chemosensitiven Feldeffekttransistor 110 mit dem ersten Signal zu versorgen, um eine Ausgangsinformation zu erhalten. Der chemosensitive Feldeffekttransistor wird mit einem Messfluid beaufschlagt. Weiterhin ist die Einrichtung zum Versorgen 504 dazu ausgebildet, einen Referenztransistor 114 mit dem zweiten Signal zu versorgen, um eine Referenzinformation zu erhalten. Der Referenztransistor befindet sich in einer Referenzumgebung. Die Einrichtung zum Vergleichen 506 ist dazu ausgebildet, die Ausgangsinformation mit der Referenzinformation zu vergleichen, um den Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichens anzupassen. Dabei kann der Verstärkungsfaktor beispielsweise umso stärker verändert werden, je stärker die Ausgangsinformation von der Referenzinformation abweicht. Die Einrichtung zum Auswerten 508 ist dazu ausgebildet, den Verstärkungsfaktor auszuwerten, um den Messwert zu erhalten. Dabei wird der Messwert aus dem Verstärkungsfaktor direkt ermittelt oder durch einen Vergleich mit einer hinterlegten Vergleichstabelle.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6703241 B1 [0003]

Claims

Verfahren (400) zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors (110), wobei das Verfahren (400) die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen (402) eines ersten Signals und eines zweiten Signals, wobei zumindest das erste Signal mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt wird; Versorgen (404) des chemosensitiven Feldeffekttransistors (110) mit dem ersten Signal, um eine Ausgangsinformation zu erhalten, und Versorgen eines Referenztransistors (114) mit dem zweiten Signal, um eine Referenzinformation zu erhalten, wobei der chemosensitive Feldeffekttransistor (110) mit einem Messfluid beaufschlagt wird, und sich der Referenztransistor (114) in einer Referenzumgebung befindet; Vergleichen (406) der Ausgangsinformation mit der Referenzinformation, um ansprechend auf ein Ergebnis des Vergleichens den Verstärkungsfaktor anzupassen; und Auswerten (408) des Verstärkungsfaktors, um den Messwert zu erhalten.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 1, bei dem im Schritt des Vergleichens (406) der Verstärkungsfaktor so angepasst wird, dass die Ausgangsinformation und die Referenzinformation angeglichen werden.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 2, mit einem Schritt des Kalibrierens, bei dem sich der chemosensitive Feldeffekttransistor (110) und der Referenztransistor (114) in einer Kalibrierumgebung befinden.
Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Bereitstellens (402) das erste Signal eine wechselnde Amplitude aufweist und das zweite Signal als in Relation zu einem Bezugspotential invertiertes erstes Signal bereitgestellt wird, und im Schritt des Vergleichens (406) die Ausgangsinformation mit der Referenzinformation unter Verwendung des ersten oder des zweiten Signals verglichen werden.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 4, bei dem im Schritt des Versorgens (404) die Ausgangsinformation eine Konzentration zumindest eines Stoffes im Messfluid repräsentiert, wenn das erste Signal eine erste Amplitude aufweist, und eine Veränderung des Potentials, der Gate-Elektrode und/oder eine Inversion des Kanals des chemosensitiven Feldeffekttransistors erfolgt, wenn das erste Signal eine zweite Amplitude aufweist.
Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Vereinigens, in dem eine Gesamtinformation bereitgestellt wird, welche die Ausgangsinformation und die Referenzinformation umfasst, und wobei im Schritt des Vergleichens (406) die Gesamtinformation in einen ersten Anteil, der die Ausgangsinformation repräsentiert und einen zweiten Anteil, der die Referenzinformation repräsentiert, getrennt wird.
Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Auswertens (408) der Verstärkungsfaktor ansprechend auf eine Verstärkungsinformation beeinflusst wird.
Vorrichtung (100) zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors (110), wobei die Vorrichtung (100) die folgenden Merkmale aufweist: eine Einrichtung zum Bereitstellen (502) eines ersten Signals und eines zweiten Signals, wobei zumindest das erste Signal mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt wird; eine Einrichtung zum Versorgen (504) des chemosensitiven Feldeffekttransistors (110) mit dem ersten Signal, um eine Ausgangsinformation zu erhalten, und zum Versorgen eines Referenztransistors (114) mit dem zweiten Signal, um eine Referenzinformation zu erhalten, wobei der chemosensitive Feldeffekttransistor (110) mit einem Messfluid beaufschlagt wird, und sich der Referenztransistor (114) in einer Referenzumgebung befindet eine Einrichtung zum Vergleichen (506) der Ausgangsinformation mit der Referenzinformation, um den Verstärkungsfaktor ansprechend auf ein Ergebnis des Vergleichens anzupassen; und eine Einrichtung zum Auswerten (508) des Verstärkungsfaktors, um den Messwert zu erhalten.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 8, bei der die Einrichtung zum Bereitstellen (502) einen Taktgenerator (102) und zumindest einen Verstärker (104, 106) umfasst, wobei der Taktgenerator (102) dazu ausgebildet ist, das erste Signal und das zweite Signal bereitzustellen, und der zumindest eine Verstärker (104, 106) dazu ausgebildet ist, das erste Signal mit dem Verstärkungsfaktor zu verstärken, wobei die Einrichtung zum Versorgen (504) dazu ausgebildet ist, das erste Signal oder ein davon abgeleitetes Signal an zumindest einer Gate-Elektrode (G) und/oder einer Source-Elektrode (S) des chemosensitiven Feldeffekttransistors (100) bereitzustellen und/oder dazu ausgebildet ist, das zweite Signal oder ein davon abgeleitetes Signal zumindest an einer Gate-Elektrode (G) und/oder einer Source-Elektrode (S) des Referenztransistors (114) bereitzustellen, wobei die Ausgangsinformation einen Stromfluss zwischen einem Drain-Kontakt (D) und einem Source-Kontakt (S) des chemosensitiven Feldeffekttransistors (110) repräsentiert, und die Referenzinformation einen Stromfluss zwischen einem Drain-Kontakt (D) und einem Source-Kontakt (S) des Referenztransistors (114) repräsentiert, wobei die Einrichtung zum Vergleichen (506) einen Regler umfasst.
Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Programm auf einer Signalverarbeitungsanlage ausgeführt wird.