FR2976079A1 - Procede et dispositif pour determiner une valeur de mesure d'un transistor a effet de champ chimiosensible - Google Patents

Abstract

Procédé (400) pour déterminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible (110), consistant à fournir (402) un premier et un second signal, le premier signal étant amplifié par un coefficient d'amplification. On alimente (404) le transistor (110) avec le premier signal pour obtenir une information de sortie. Dans l'étape d'alimentation (404) on fournit le second signal au transistor de référence (114) pour obtenir une information de référence en appliquant un fluide de mesure au transistor à effet de champ chimiosensible (110) et un environnement de référence au transistor de référence (114). La comparaison (406) de l'information de sortie à l'information de référence permet d'adapter le coefficient d'amplification en fonction du résultat de la comparaison. Le procédé (400) comprend également une étape d'exploitation (408) du coefficient d'amplification pour obtenir une valeur de mesure.

Description

i Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour déterminer une valeur ou grandeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible ainsi qu'un produit programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé. Etat de la technique Le signal de sortie d'un capteur sensible aux produits chimiques dépend de la concentration des produits chimiques dans l'échantillon ou du milieu analysé. Le capteur ne fournit pas de signal io absolu de la concentration. Bien plus, le signal est soumis à une dérive ou à une variation permanente et "rampante". Pour y remédier, on peut utiliser un autre capteur comme capteur de référence. Le capteur de référence est soumis dans le cas idéal au même processus de vieillisse-ment et aux mêmes influences de l'environnement que le capteur de 15 mesure et présente pour cela la même variation ou dérive. A partir du signal et du signal de référence, on peut déterminer la concentration du produit chimique dans l'échantillon. Le document US 6703241 B1 décrit un procédé permet-tant de réduire la dérive du signal dans un dispositif par un processus 20 rampant artificiel avec un montage de capteurs. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et a pour objet un procédé pour déterminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible, procédé com- 25 prenant les étapes suivantes consistant à : - fournir un premier signal et un second signal, * au moins le premier signal étant amplifié par un coefficient d'amplification, - alimenter le transistor à effet de champ chimiosensible avec le pre- 30 mier signal pour obtenir une information de sortie et alimenter un transistor de référence avec le second signal pour obtenir une information de référence, * le transistor à effet de champ chimiosensible étant exposé à un fluide de mesure et le transistor de référence étant exposé à un 35 environnement de référence,

2 - comparer l'information de sortie à l'information de référence pour adapter le coefficient d'amplification en fonction du résultat de la comparaison, et - exploiter le coefficient d'amplification pour obtenir la valeur de me- sure. L'invention a également pour objet un dispositif pour dé-terminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend : - une installation pour fournir un premier signal et un second signal, io * au moins le premier signal étant amplifié par un coefficient d'am- plification, - une installation pour alimenter le transistor à effet de champ chimiosensible en lui fournissant le premier signal pour obtenir une in-formation de sortie et pour alimenter un transistor de référence avec 15 le second signal et obtenir une information de référence, * le transistor à effet de champ chimiosensible étant exposé à un fluide de mesure et le transistor de référence étant exposé à un environnement de référence, - une installation pour comparer l'information de sortie à l'information 20 de référence pour adapter le coefficient d'amplification de manière correspondante selon le résultat de la comparaison, et - une installation pour exploiter le coefficient d'amplification et obtenir la valeur de mesure. L'invention repose sur la considération que l'utilisation 25 d'un capteur et d'un capteur de mesure pour mesurer des substances contenues dans un échantillon, fournit un signal incertain dont on peut compenser l'incertitude par un circuit de régulation et le signal émis par le régulateur du circuit de régulation. Le signal contient du bruit. En particulier aux basses fréquences, le bruit 1/f joue un rôle essentiel. Ce 30 bruit est généré par les transistors à effet de champ en technique MOS. En outre, l'absence de concentration de la substance à mesurer modifie le signal souvent de manière minimale par comparaison au niveau global du signal. C'est pourquoi, on peut utiliser avantageusement une grandeur indirecte pour obtenir le résultat de mesure. Par exemple on 35 peut utiliser une valeur de réaction régulée rapportée directement au

3 signal pour obtenir le résultat effectif de la mesure. Par un choix approprié des paramètres de régulation, on aura une valeur de réaction représentant le signal de manière précise et avec un écart négligeable. De même, on peut épuiser complètement la plage de tension électrique pour la valeur de réaction. Cela permet de représenter la concentration avec une précision de mesure élevée. Les capteurs chimiques utilisant des transistors à effet de champ chimiosensibles permettent de manière économique d'utiliser leur sensibilité de mesure en appliquant les moyens présentés ci-dessus io pour améliorer le rapport signal/bruit et réduire les influences de l'environnement. Un capteur chimique peut se composer de deux transis-tors à effet de champ chimiosensibles (transistors ChemFET) ainsi qu'un circuit selon l'invention pour une mesure différentielle, synchrone 15 à la sortie de ces transistors ChemFET. De manière avantageuse avec un unique circuit simple, on résout les principaux problèmes que po-sent la mesure du signal par des capteurs chimiosensibles à transistor ChemFET. L'invention résout de manière simple le problème en ce que la variation du courant du canal comme signal de mesure proprement 20 dit est de plusieurs ordres de grandeur inférieurs au courant du canal comme signal de fond. On améliore en outre le rapport signal-bruit en réduisant la largeur de la bande de mesure. Le circuit selon l'invention se combine à une suppression de bruit par polarisation commutée. Le dispositif selon l'invention permet également de ré- 25 soudre rapidement et efficacement le problème à la base de l'invention. Une valeur de mesure selon l'invention est une représentation d'une concentration d'une matière à mesurer contenue dans un fluide de mesure. La valeur de mesure peut être un courant électrique ou une tension électrique et l'intensité du courant ou l'amplitude de la 30 tension représentent alors la concentration. De même la valeur de me-sure peut être un mot de données dont la succession des valeurs (bits) représente la concentration. Un transistor à effet de champ chimiosensible est un composant semi-conducteur. Le transistor à effet de champ chimiosensible a un contact de source, un contact de drain et une élec- 35 trode de porte ; l'électrode de porte a des propriétés électrochimiques

4 et/ou catalytiques particulières. Ainsi, l'équilibre entre les molécules ou atomes à détecter de la matière mesurée dans le fluide de mesure et les molécules ou atomes de la matière à mesurer, accumulés sur l'électrode de porte, influencent le potentiel électrique de l'électrode de porte. On peut également influencer le potentiel en appliquant une tension électrique appropriée. Le potentiel électrique permet d'influencer le courant de canal entre le contact de source et le contact de drain. Le courant de canal représente la concentration de la matière à mesurer dans le fluide de mesure. Le courant de canal peut comporter une composante dé-pendant de la variation du potentiel. Le premier signal est une tension électrique. Le second signal est également une tension électrique. Le premier signal ou un signal qui en est déduit, apparaît au moins sur l'électrode de porte du transistor à effet de champ chimiosensible. De même, le second signal ou un signal qui en est déduit, apparaît sur 15 l'électrode de porte du transistor de référence. Le premier signal peut également être celui du contact de drain du transistor à effet de champ chimiosensible. De même le second signal peut être celui apparaissant sur le contact de drain du transistor de référence. Le coefficient d'amplification influence le niveau de la tension électrique du premier signal. 20 Le second signal peut être amplifié par un autre coefficient d'amplification. Cet autre coefficient d'amplification est un coefficient d'amplification inverse du coefficient d'amplification en relation avec un potentiel de référence. A titre d'exemple, l'amplitude du premier signal peut ainsi augmenter alors que l'amplitude du second signal diminue. L'informa- 25 tion de sortie peut représenter le courant de canal. Par exemple, l'in-formation de sortie est une chute de tension sur une résistance de mesure telle qu'une résistance shunt. Le transistor de référence est un composant semi-conducteur. Le transistor de référence est par exemple un transistor à 30 effet de champ avec un contact de source, un contact de drain et une électrode de porte ; l'électrode de porte a des propriétés électrochimiques et/ou catalytiques. Si le transistor de référence n'a pas de propriété électrochimique et/ou catalytique, il peut également être sollicité dans l'environnement de référence constitué par le fluide de mesure 35 et/ou par exemple être installé sur le même support pour être exposé aux conditions d'environnement identiques à celles du transistor à effet de champ chimiosensible. Une variation de concentration du fluide de mesure ne modifie pas dans ces conditions l'information de référence. Par exemple, le transistor de référence comporte une couche de passiva- 5 tion, c'est-à-dire que si le transistor de référence est par exemple passivé, il pourra également se trouver dans le même environnement de mesure car la couche de passivation crée un environnement de référence coupé de l'environnement de mesure. Si le transistor de référence a des propriétés électrochimiques et/ou catalytiques, il peut également être exposé à un fluide de référence constituant l'environnement de référence. Le fluide de référence peut avoir une concentration connue de la matière à mesurer. Pour des conditions d'environnement identiques ou analogues, le signal de référence représentera la concentration du fluide à mesurer dans le 15 fluide de référence. L'exploitation peut consister à calculer selon un algorithme connu. L'exploitation peut consister à déterminer en s'appuyant sur un tableau enregistré pour obtenir la valeur de mesure. Le dispositif selon l'invention est un appareil électrique qui traite les signaux du capteur pour fournir des signaux de com- 20 mande à partir de ceux-ci. Le dispositif comporte des interfaces réalisées sous la forme de circuits et/ou de programmes. Dans le cas d'une réalisation sous forme de circuits, les interfaces font par exemple partie d'un système ASIC qui contient différentes fonctions du dispositif. Mais il est également possible de réaliser les interfaces comme des circuits 25 intégrés, propres, ou au moins en partie sous forme de composants discrets. Lors d'une réalisation sous forme de programme, les interfaces sont des modules de programme coexistant par exemple dans un microcontrôleur à côté d'autres modules de programme. L'étape de comparaison permet d'adapter le coefficient 30 d'amplification pour équilibrer l'information de sortie à l'information de référence. Au moins le premier signal sera adapté pour que l'information de sortie corresponde à l'information de référence. Le coefficient d'amplification peut alors être interprété comme valeur de mesure représentative de la concentration de la matière à mesurer dans le fluide

6 de mesure. Les composants de l'information de sortie qui ne sont pas liés à la concentration, peuvent être éliminés par filtrage. Le procédé comporte en outre une étape de calibrage consistant à mettre le transistor à effet de champ chimiosensible et le transistor de référence, dans un environnement de calibrage. L'environnement de calibrage peut avoir des conditions d'environnement connues avec une valeur prévisible du signal de sortie ou du signal de sortie et du signal de référence enregistrés. Par exemple, la concentration de la matière à mesurer est connue. Comme autre exemple, la matière à mesurer n'est pas dans l'environnement de calibrage. De même, la matière à mesurer peut correspondre à une teneur connue dans l'environne-ment de calibrage. Cela permet de régler le coefficient d'amplification pour que le signal de sortie et le signal de référence correspondent au moins à une valeur prévisible enregistrée. Le calibrage se fera en au 15 moins un point de fonctionnement pour garantir la valeur de mesure du transistor à effet de champ chimiosensible. Dans l'étape de fourniture, le premier signal aura une amplitude variable et le second signal sera en relation avec le potentiel de référence inversé du premier signal ; dans l'étape de comparaison, on 20 compare l'information de sortie à l'information de référence en utilisant le premier ou le second signal. L'amplitude est la valeur actuelle, par exemple la valeur de la tension du signal. Par des amplitudes variables, on fera fonctionner le transistor à effet de champ chimiosensible et le transistor de référence en différents points de fonctionnement. Pour ex- 25 ploiter l'information de sortie et l'information de référence, on utilise le premier ou le second signal comme grandeur auxiliaire ou comme cadence. Si le second signal est l'inverse du premier signal, le transistor de référence pourra mesurer une grandeur lorsque le transistor à effet de champ chimiosensible ne mesure aucune grandeur et inversement. 30 Dans l'étape d'alimentation, l'information de sortie peut représenter la concentration d'au moins une matière dans le fluide de mesure si le premier signal a une première amplitude et une variation de potentiel, de l'électrode de porte et/ou une inversion de canal du transistor à effet de champ si le premier signal a une seconde ampli- 35 tude. La première amplitude peut être différente de la seconde ampli-

7 tude. A titre d'exemple, le transistor à effet de champ chimiosensible peut régénérer des points défectueux dans le substrat semi-conducteur si une faible tension est appliquée à l'électrode de porte. En particulier, si le premier signal et le second signal sont inversés par rapport à un potentiel de référence, le transistor à effet de champ chimiosensible pourra être régénéré pendant que le transistor de référence mesure. Le procédé comporte également une étape de réunion qui fournit l'information globale comprenant l'information de sortie et l'in-formation de référence et dans l'étape de comparaison, on sépare l'in- io formation globale en une première partie représentant l'information de sortie et en une seconde partie représentant l'information de référence. Pendant la régénération du transistor à effet de champ chimiosensible, l'information de sortie ne contient aucun composant concernant la me-sure. L'information globale peut être par exemple la somme de l'infor- 15 mation de sortie et de l'information de référence. De même, l'information globale peut représenter alternativement l'information de sortie et l'information de référence. On pourra alors commuter en réponse à un signal de cadence entre l'information de sortie et l'information de référence. Cela permet d'économiser une ligne de transmission 20 distincte pour transmettre l'information de référence et utiliser en commun la ligne de transmission de l'information de sortie. Dans l'étape de comparaison, on pourra alors séparer de manière simple les composants du signal global en fonction du signal de cadence. Il est en outre avantageux selon un autre développement 25 de l'invention, dans l'étape d'exploitation, d'influencer le coefficient d'amplification en fonction d'une information d'amplification. L'expression "information d'amplification" signifie un signal provenant par exemple d'un appareil de commande (appareil externe). On peut influencer en modifiant le coefficient d'amplification après adaptation du 30 coefficient d'amplification dans l'étape de comparaison. Cela permet d'influencer le transistor à effet de champ chimiosensible, par exemple pour modifier la sensibilité du transistor à effet de champ chimiosensible et mesurer dans une autre plage de mesures. Pour fournir, l'installation peut également comporter un 35 générateur d'horloge et au moins un amplificateur, le générateur d'hor-

8 loge fournissant le premier signal et le second signal et l'amplificateur amplifie le premier signal avec le coefficient d'amplification. L'installation pour alimenter peut être conçue pour fournir le premier signal et un signal qui en est déduit à au moins une électrode de porte et/ou une électrode de source du transistor à effet de champ chimiosensible. L'installation pour alimenter peut être réalisée de façon à fournir le second signal ou un signal qui en est déduit au moins sur l'électrode de porte et/ou l'électrode de source du transistor de référence. L'information de sortie représente l'intensité du courant entre le contact de drain et le io contact de source du transistor à effet de champ chimiosensible et l'in-formation de référence représente l'intensité du courant entre le contact de drain et le contact de source du transistor de référence. L'installation pour comparer comporte un régulateur. Le générateur d'horloge est réalisé pour fournir une cadence périodique. La cadence est par exemple 15 fournie sous forme binaire, comme signal rectangulaire. La cadence peut varier entre une valeur minimale et une valeur maximale. L'invention peut également être réalisée rapidement et efficacement par des composants discrets. L'invention a également pour objet un produit pro- 20 gramme d'ordinateur avec un code programme enregistré sur un support lisible par une machine tel qu'une mémoire à semi-conducteur, un disque dur ou une mémoire optique et s'appliquer pour mettre en oeuvre le procédé tel que défini ci-dessus lorsque le programme est exécuté par un appareil tel qu'un ordinateur. 25 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de procédé et de dispositif pour dé-terminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible, selon les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments 30 ou des éléments équivalents portent les mêmes références ou des références analogues, la description de ces éléments n'étant pas répétée. Ainsi : - la figure 1 montre un schéma d'un dispositif pour déterminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible 35 correspondant à un exemple de réalisation de l'invention,

9 - la figure 2 montre un schéma d'un dispositif pour déterminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible correspondant à un autre exemple de réalisation de l'invention, - la figure 3 montre un schéma d'un dispositif pour déterminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible se- lon un autre exemple de réalisation de l'invention, - la figure 4 montre l'ordinogramme d'un procédé pour déterminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible selon un exemple de réalisation de l'invention, io - la figure 5 est un schéma par blocs d'un dispositif pour déterminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible selon un exemple de réalisation de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention Les transistors à effet de champ chimiosensibles (transis- 15 tors ChemFET) constituent une technique nouvelle de mesure des analytes contenus dans une phase gazeuse ou liquide. Habituellement, on applique à la porte du transistor l'espèce à détecter dans l'échantillon pour modifier le potentiel de l'électrode de porte et faire varier ainsi le courant de canal dans le transistor. Le courant de canal du transistor à 20 effet de champ au point de fonctionnement sélectionné, est souvent supérieur de quelques ordres de grandeurs à la variation du courant de canal exposé à l'espèce de l'échantillon. Il en résulte que la mesure de l'intensité est soumise à des conditions très strictes. Les influences parasites extérieures comme par exemple les variations de température et 25 la dégradation du capteur, se traduisent par des variations du courant de canal et ne traduisent pas la présence de l'espèce recherchée dans l'échantillon. Pour compenser les influences perturbatrices, on peut utiliser par exemple un transistor de référence insensible aux substances à détecter. L'élément de référence a une structure semi-conductrice 30 identique à celle du transistor à effet de champ fonctionnant comme capteur de mesure ; les dimensions géométriques et les caractéristiques électriques sont également identiques. Si de plus les deux transistors à effet de champ sont rapprochés, on a un bon couplage thermique ce qui se fait par exemple par l'intégration des composants sur une unique 35 puce.

i0 La différence du courant de canal du transistor à effet de champ fonctionnant comme capteur de mesure et celle dans le transistor à effet de champ fonctionnant comme élément de référence, ne pro-viendra dans le cas idéal que de la présence de la substance à détecter.

Pour cela, il faut que les deux transistors à effet de champ subissent les mêmes influences perturbatrices. Mais de plus, le transistor à effet de champ, subit également des influences perturbatrices intrinsèques, telles que par exemple le bruit du canal ou bruit 1/f, par lesquelles le capteur de référence et le capteur de mesure diffèrent et qui ne peuvent io être compensées de cette manière. Une possibilité pour améliorer le rapport signal/bruit (SNR), consiste à réduire la largeur de la bande de mesure. Pour avoir une largeur de bande de mesure particulièrement réduite, on utilise par exemple un amplificateur verrouillé. Par telle "polarisation commutée", on pourra dans le cas des applications à transis- 15 tor FET, réduire de manière ciblée le bruit 1/f en influençant directement sa cause physique. Pour cela, le transistor est commandé par une tension alternative rectangulaire, c'est-à-dire par le branche-ment ou la coupure de la tension de commande. Le transistor fonctionnera alors en alternance à deux points de fonctionnement différents, à 20 savoir avec une forte accumulation et une forte inversion et ainsi on diminue l'influence des points perturbateurs fixés localement. La figure 1 montre un schéma d'un dispositif 100 pour déterminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible correspondant à un exemple de réalisation de l'invention. 25 Le dispositif 100 comporte un générateur d'horloge (ou plus simplement horloge) 102 fournissant un signal d'horloge. Le générateur d'horloge 102 a une première sortie et une seconde sortie. Le générateur d'horloge 102 fournit à la première sortie un premier signal d'horloge. Le générateur d'horloge 102 fournit à sa seconde sortie, un second signal d'hor- 30 loge inversé par rapport au premier signal d'horloge selon le potentiel de référence. La première sortie du générateur d'horloge 102 est reliée à l'entrée d'amplification d'un premier amplificateur réglable 104. La seconde sortie du générateur d'horloge 102 est reliée à l'entrée d'amplification d'un second amplificateur réglable 106. Les amplificateurs 35 réglables 104 et 106 reçoivent chacun un signal qui est ici un signal

Il d'horloge appliqué à l'entrée d'amplification pour amplifier ce signal par un coefficient d'amplification et le fournir sous forme amplifiée à chaque sortie d'amplificateur. Les amplificateurs réglables 104, 106 ont à cet effet chacun une entrée de régulation pour recevoir un coefficient d'am- plification. La sortie du premier amplificateur réglable 104 est reliée par une première résistance Rs 108 à un contact de drain D du transistor à effet de champ chimiosensible 110 (CF Mess). La sortie du second amplificateur réglable 106 est reliée par une seconde résistance Rs 112 io au contact de drain D du second transistor à effet de champ chimiosensible 114 (CF Ref). Le transistor à effet de champ chimiosensible 110 est destiné à détecter au moins un analyte prédéfini dans le fluide de me-sure. Le second transistor à effet de champ chimiosensible 114 est destiné à détecter un analyte prédéfini dans un fluide de référence. Il est 15 également possible de réaliser le second transistor à effet de champ chimiosensible pour ne détecter aucun analyte dans le fluide de référence. Le contact de source S du transistor à effet de champ 110 CF Mess est relié à la masse. Le contact de source S du transistor 114 CF Ref est relié 20 à la masse. Une électrode de porte G du transistor à effet de champ 110 CF Mess fournit un potentiel électrique par l'espèce de l'analyte prédéfinie du fluide de mesure accumulé sur le transistor à effet de champ 110 et influencer ainsi le courant de canal entre le contact de source S du transistor 110 et le contact de drain D de ce transistor 110. L'électrode 25 de porte G du transistor 114 CF Ref influence le potentiel électrique du transistor à effet de champ 114 par l'espèce de l'analyte prédéfini du fluide de référence, accumulé sur ce transistor et d'influencer ainsi le courant de canal entre le contact de source S du transistor 114 et son contact de drain. L'électrode de porte G de chacun des transistors à ef- 30 fet de champ chimiosensible 110, 114 peut être précontrainte par une tension de commande pour régler un point de fonctionnement. Cela n'est pas représenté à la figure 1. L'entrée inversée d'un amplificateur opérationnel 120 est reliée par une résistance 116 au contact de drain D du transistor 110 35 CF Mess. L'entrée inversée de l'amplificateur opérationnel 120 est reliée 12 par une résistance 118 également au contact de drain D du transistor 114 CF Ref. L'amplificateur opérationnel 120 a une entrée inversée, une entrée positive (c'est-à-dire une entrée non inversée) ainsi qu'une sortie. L'entrée non inversée est reliée à la masse. Une résistance 122 (en pa- s rallèle à l'amplificateur opérationnel 120) est reliée à l'entrée inversée et à la sortie. L'amplificateur opérationnel 120 et la résistance 122 se complètent pour former un additionneur inversé 124. La sortie de l'additionneur inversé 124 est reliée à l'entrée d'un amplificateur inversé 126 (ou inverseur 126). La sortie de l'inverseur 126 est reliée à l'entrée lo d'un démodulateur synchrone 128. On peut également envisager un circuit plus simple ou une variante pour appliquer un signal à l'additionneur 124 ; cette solution est représentée en trait interrompu à la figure 1. Pour cela, la tension sur les résistances 108 et 112 est appliquée comme intensité dans 15 les résistances 116 et 118 pour être réunie dans une résistance R entre le point de liaison des résistances 116, 118 et le potentiel de masse. La tension V au point de sommation (c'est-à-dire le point de jonction) en amont de la capacité, est la somme des tensions sur les résistances 108 et 112. Le condensateur (c'est-à-dire la capacité) C coupe la partie con- 20 tinue. L'amplificateur opérationnel 120 est dans ce cas, contrairement à ce qui est représenté à la figure 1, un amplificateur positif avec un coefficient d'amplification 1 (c'est-à-dire un convertisseur d'impédance) ou avec un coefficient d'amplification > 1. L'inverseur 126 est supprimé dans ce cas contrairement à ce qui est représenté à la figure 1. 25 Le démodulateur synchrone 128 comporte en outre une entrée d'horloge, une première sortie et une seconde sortie. L'entrée d'horloge du démodulateur synchrone 128 est reliée à la sortie d'horloge du générateur d'horloge 102. Le démodulateur synchrone 128 sépare le signal à l'entrée, de manière synchrone à la cadence appliquée à l'entrée 30 de cadence, en une première composante de signal fournie à la première sortie et une seconde composante de signal fournie à la seconde sortie. La première sortie du démodulateur synchrone 128 est reliée par une résistance 130 à l'entrée négative d'un comparateur intégrateur 132. La seconde sortie du démodulateur synchrone 128 est reliée par une autre 35 résistance 130 à l'entrée non inversée du comparateur inverseur 132.

13 L'entrée d'inversion du comparateur intégrateur 132 est reliée par un condensateur 134 à la sortie du comparateur intégrateur 132. L'entrée non inversée du comparateur intégrateur 132 est reliée à la masse par un condensateur 136. Le comparateur intégrateur 132 fournit en sortie une valeur de régulation. La sortie du comparateur intégrateur 132 est reliée à l'entrée de régulation du premier amplificateur réglable 104. La sortie du comparateur intégrateur 132 est également reliée à l'entrée de l'inverseur 136. La sortie de l'inverseur 136 est reliée à l'entrée de régulation du second amplificateur réglable 106. L'entrée de régulation du premier amplificateur réglable 104 est reliée à la première entrée d'un microprocesseur gP 138. L'entrée de régulation du second amplificateur réglable 106 est reliée à la seconde entrée du microprocesseur gP 138. Le micro-processeur gP 138 reçoit sur sa première entrée, la grandeur de sortie du premier amplificateur réglable 104 pour être influencé ; sur sa seconde entrée, il reçoit la grandeur de sortie du second amplificateur réglable 106 pour être influencé. Le microprocesseur gP 138 est par exemple conçu pour fournir une valeur de mesure par sa sortie qui dé-finit la valeur de régulation.

En d'autres termes, la figure 1 montre un dispositif de mesure 100 comportant un transistor ChemFET 110 dont le rapport signal/bruit a été amélioré et les influences perturbatrices réduites, dans un circuit de mesure différentiel, synchrone, à la sortie de deux transistors ChemFET. Le capteur se compose de deux transistors ChemFET 110, 114 (CF Mess, CF Ref) et d'un circuit de commande différentiel synchrone des transistors ChemFET 110, 114 et pour la me-sure, l'un des deux transistors ChemFET 110 (CF Mess) est dans l'environnement de mesure et l'autre se trouve dans l'environnement de référence. De manière avantageuse, l'environnement de mesure et l'en- vironnement de référence diffèrent en ce que la substance à mesurer a une concentration/quantité définie dans l'environnement de référence. La figure 1 montre le capteur composé des transistors ChemFET 110, 114 et du circuit de mesure 100. Un générateur d'horloge 102 génère un signal rectangulaire A (ou tout autre signal pério- dique) de fréquence f. Le générateur d'horloge 102 fournit également le

14 signal B déphasé de 180°. Des amplificateurs 104, 106 réglables séparément appliquent le signal A par une résistance Rs 108 au drain du transistor 110 CF Mess et le signal B de façon correspondante par une résistance Rs 112 au drain du transistor 114 CF Ref. Chaque source est reliée à la masse. Les tensions appliquées au drain du transistor 110 CF Mess et celui du transistor 114 CF Ref, sont additionnées (par exemple par un amplificateur opérationnel OP 120 conçu comme additionneur inverseur 124). Le signal résultant est appliqué par un convertisseur d'impédance/amplificateur 126 en option au démodulateur synchrone 128 pour être démodulé. Les deux composantes de signal associées aux deux demi-ondes sont comparées par exemple par un comparateur intégrateur 132. On en déduit la valeur de régulation de l'amplificateur réglable 104, 106 de sorte que l'amplitude du signal A et celle du signal B, sont régulées ensuite pour faire disparaître la compo- sante synchrone à l'entrée du démodulateur synchrone 128. La valeur de régulation est interprétée comme valeur de mesure proprement dite. L'intégration d'un microcontrôleur 138 est avantageuse car elle permet le traitement direct de la valeur de mesure et autorise en outre des possibilités d'intervention dans le circuit de régulation 100.

La figure 2 montre un circuit d'un dispositif 100 pour dé-terminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible 110 correspondant à un autre exemple de réalisation de l'invention. A la différence de la réalisation du dispositif de la figure 1, le dispositif 100 de la figure 2 a une liaison entre la sortie d'amplification du premier amplificateur réglable 104 et l'électrode de porte G du transistor à effet de champ chimiosensible 110. Cette liaison comporte un déclencheur de Schmitt ST 200 et une résistance R 202. A la place d'un déclencheur de Schmitt, on peut également utiliser un comparateur usuel, c'est-à-dire un déclencheur de Schmitt ST sans hystérésis. L'en- trée du déclencheur de Schmitt ST 200 est reliée à la sortie d'amplification du premier amplificateur réglable 104. La sortie du déclencheur de Schmitt ST 200 est reliée par une résistance R 202 à l'électrode de porte G du transistor à effet de champ chimiosensible 110. Le dispositif 100 comporte également une liaison entre la sortie d'amplification du se- cond amplificateur réglable 106 et l'électrode de porte G du transistor à

15 effet de champ chimiosensible 114. La liaison comporte un déclencheur de Schmitt ST 204 et une résistance R 206. L'entrée du déclencheur de Schmitt ST 204 est reliée à la sortie d'amplification du premier amplificateur réglable 106. La sortie du déclencheur de Schmitt ST 204 est re- liée par une résistance R 206 à l'électrode de porte G du transistor à effet de champ chimiosensible 114. A la différence du circuit présenté à la figure 1, le circuit de la figure 2 permet d'implémenter un procédé de "polarisation commutée" en ce que les portes des transistors à effet de champ ChemFET 110 et 114 sont précontraintes en synchronisme par des signaux rectangulaires A et B. La polarisation commutée est particulièrement avantageuse pour supprimer les composantes de bruit 1/f. L'électrode de porte de chacun des transistors ChemFET 110, 114 est tout d'abord précontrainte pour que le transistor ChemFET 110, 114 se trouve à un point de fonctionnement ("état opérationnel"). Les signaux A et B se composent de deux demi-ondes et ce n'est que pendant chaque demi-onde, qu'il y a entre le drain et la source du transistor ChemFET 110, 114 correspondants, une tension source-drain différente de zéro. Pendant ce temps, le transistor ChemFET 110, 114 est de toute façon hors service. En synchronisme, on décale de manière appropriée le point de fonctionnement du transistor ChemFET 110, 114 pour que ce transistor se trouve dans un "état de repos". En commutant entre l'état "opérationnel" et "l'état de repos", on commute le transistor ChemFET 110, 114 entre une plus forte inversion et l'accumulation. Cela apparaît à la figure 2 en ce que les signaux rectangulaires A ou pris après les amplificateurs réglables 104, 106 sont appliqués par une résistance intermédiaire en option R 202, 206 à l'électrode de porte de chacun des transistors ChemFET 110, 114. Pour avoir un niveau défini, on peut prévoir par exemple des déclencheurs de Schmitt (ST) 200, 204 ou un inverseur. En variante, on peut prendre les signaux rectangulaires en amont des amplificateurs réglables 104, 106 (c'est-à-dire directement sur le générateur d'horloge 102. La figure 3 montre un circuit d'un dispositif 100 pour dé-terminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimio- sensible 110 selon un autre exemple de réalisation de l'invention. 16 Contrairement à la figure 1, le contact de drain D du transistor à effet de champ chimiosensible 110 CF Mess, est relié par une résistance Rs à une source de tension 300 VDS. Le contact de drain D du transistor à effet de champ chimiosensible 114 CF Ref, est relié par la résistance Rs s à une source de tension 302 VDS. A la différence de la réalisation du dispositif de la figure 1, le dispositif 100 du schéma de la figure 3, a une liaison entre la sortie d'amplification du premier amplificateur réglable 104 et l'électrode de porte G du transistor à effet de champ chimiosensible 110, par une résistance R 202. Le dispositif 100 comporte égale-ment une liaison entre la sortie d'amplification du second amplificateur réglable 106 et l'électrode de porte G du transistor à effet de champ chimiosensible 114 en passant par une résistance R 206. Une autre possibilité de commande réalisant implicite-ment la "polarisation commutée", est ainsi décrite à la figure 3 dans le 15 circuit d'application du procédé de "polarisation commutée" selon lequel on applique une tension constante VDS entre les contacts S et D du ou des transistors. Au lieu de déterminer la tension source-drain par les signaux rectangulaires A, B, on applique une tension constante VDS entre les points S et D. Comme dans l'exemple de réalisation de la figure 20 2, on applique les signaux rectangulaires par des résistances intermédiaires R 202, 206 en option, à l'électrode de porte. En fonction de l'amplitude des signaux rectangulaires, le courant source-drain IDS varie et ainsi la tension à mesurer sur les résistances shunt 108, 112. Le courant source-drain dépend de plus comme toujours de la substance chi- 25 mique à mesurer. Par la régulation, on adapte l'amplitude des signaux rectangulaires pour que la différence de la tension à mesurer sur les résistances shunt 108, 112 disparaisse en présence et en fonction de la concentration de la substance chimique à mesurer sur le transistor 110 CF Mess. 30 La figure 4 montre un ordinogramme d'un procédé 400 pour déterminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible selon un exemple de réalisation de la présente invention. Le procédé 400 peut être appliqué par un dispositif selon l'un des exemples de réalisation de l'invention comme celui de la figure 1. Le 35 procédé comprend une étape 402 de fourniture, une étape 404 d'ali-

17 mentation, une étape 406 de comparaison et une étape 408 d'exploitation. Dans l'étape de fourniture 402, on fournit un premier signal et un second signal. Au moins le premier signal est amplifié par un coefficient d'amplification. Dans l'étape d'alimentation 404, on applique le premier signal au transistor à effet de champ chimiosensible pour obtenir une information de sortie. Le transistor à effet de champ chimiosensible est soumis à un fluide de mesure. En outre, un transistor de référence reçoit le second signal pour donner une information de référence. Le transistor de référence se trouve dans un environnement de référence. Dans l'étape de comparaison 406, on compare l'information de sortie à l'in-formation de référence pour adapter le coefficient d'amplification de manière appropriée au résultat de la comparaison. On modifie par exemple le coefficient d'amplification en l'augmentant en fonction de l'augmentation de l'écart entre l'information de sortie et l'information de référence. Dans l'étape d'exploitation 408, on exploite le coefficient d'amplification pour obtenir la valeur de mesure. On détermine alors la valeur de mesure à partir du coefficient d'amplification ou par comparaison à un tableau de comparaison enregistré. La figure 5 montre un schéma par blocs d'un dispositif 100 pour déterminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible 110 selon un exemple de réalisation de l'invention. Le dispositif 100 a une installation pour fournir 502, une installation pour alimenter 504, une installation pour comparer 506 et une installation pour exploiter 508. L'installation pour fournir 502 fournit un premier signal et un second signal. Au moins le premier signal est amplifié selon un coefficient d'amplification. L'installation pour fournir 504 est conçue pour alimenter le transistor à effet de champ chimiosensible 110 avec le premier signal et obtenir une information de sortie. Le transistor à effet de champ chimiosensible est soumis à un fluide de mesure. L'installation d'alimentation 504 est réalisée pour fournir un second signal à un transistor de référence 114 et obtenir une information de référence. Le transistor de référence se trouve dans un environnement de référence. L'installation de comparaison 506 est conçue pour comparer l'information de sortie à l'information de référence et adapter le coefficient d'amplification en fonction d'un résultat de la comparai-

18 son. Le coefficient d'amplification pourra être modifié d'autant plus fortement que l'information de sortie diffère de l'information de référence. L'installation d'exploitation 508 exploite le coefficient d'amplification pour obtenir la valeur de mesure. Cette valeur de mesure se détermine directement à partir du coefficient d'amplification ou par comparaison à un tableau de comparaison enregistré.10 NOMENCLATURE

100 dispositif pour déterminer une valeur de mesure 102 générateur d'horloge 104 premier amplificateur réglable 106 second amplificateur réglable 108 première résistance 110 premier transistor à effet de champ chimiosensible 112 seconde résistance 114 second transistor à effet de champ chimiosensible 116 résistance 118 résistance 120 amplificateur opérationnel 122 résistance 124 additionneur inversé 126 inverseur 128 démodulateur synchrone 130 résistance 132 comparateur intégrateur 136 condensateur 138 microprocesseur 200 déclencheur de Schmitt 202 résistance intermédiaire 204 déclencheur de Schmitt 206 résistance intermédiaire 300 source de tension 302 source de tension 400 ordinogramme d'un procédé 402-408 étapes du procédé 502-508 installations du dispositif 100

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1°) Procédé (400) pour déterminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible (110), procédé (400) comprenant les étapes suivantes consistant à : - fournir (402) un premier signal et un second signal, * au moins le premier signal étant amplifié par un coefficient d'amplification, - alimenter (404) le transistor à effet de champ chimiosensible (110) avec le premier signal pour obtenir une information de sortie et alimenter un transistor de référence (114) avec le second signal pour obtenir une information de référence, * le transistor à effet de champ chimiosensible (110) étant exposé à un fluide de mesure et le transistor de référence (114) étant exposé à un environnement de référence, 15 - comparer (406) l'information de sortie à l'information de référence pour adapter le coefficient d'amplification en fonction du résultat de la comparaison, et - exploiter (408) le coefficient d'amplification pour obtenir la valeur de mesure. 20 2°) Procédé (400) selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'étape de comparaison (406), on adapte le coefficient d'amplification pour équilibrer l'information de sortie sur l'information de réfé- 25 rente. 3°) Procédé (400) selon la revendication 2, caractérisé par une étape de calibrage selon laquelle, on place le transistor à effet de 30 champ chimiosensible (110) et le transistor de référence (114) dans un environnement de calibrage. 4°) Procédé (400) selon la revendication 1, caractérisé en ce que 21 - l'étape de fourniture (402) consiste à fournir le premier signal avec une amplitude variable et le second signal en relation avec le premier signal inversé par rapport à un potentiel de référence, et - l'étape de comparaison (406) consiste à comparer l'information de sortie à l'information de référence en utilisant le premier ou le second signal. 5°) Procédé (400) selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans l'étape d'alimentation (404), l'information de sortie représente une concentration d'au moins une matière dans le fluide de mesure si le premier signal a une première amplitude et on a une variation du potentiel de l'électrode de porte et/ou une inversion du canal du transistor à effet de champ chimiosensible si le premier signal a une seconde am- plitude. 6°) Procédé (400) selon la revendication 1, caractérisé par une étape de réunion dans laquelle on fournit une information globale comprenant l'information de sortie et l'information de référence, et * dans l'étape de comparaison (406), on sépare l'information globale en une première composante représentant l'information de sortie et une seconde composante représentant l'information de référence. 7°) Procédé (400) selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'étape d'exploitation (408), on influence le coefficient d'amplification en fonction d'une information d'amplification. 8°) Dispositif (100) pour déterminer une valeur de mesure d'un transistor à effet de champ chimiosensible (110), dispositif caractérisé en ce qu'il comprend : - une installation pour fournir (502) un premier signal et un second signal, 22 * au moins le premier signal étant amplifié par un coefficient d'amplification, - une installation pour alimenter (504) le transistor à effet de champ chimiosensible (110) en lui fournissant le premier signal pour obte- nir une information de sortie et pour alimenter un transistor de référence (114) avec le second signal pour obtenir une information de référence, * le transistor à effet de champ chimiosensible (110) étant exposé à un fluide de mesure et le transistor de référence (114) étant exposé à un environnement de référence, - une installation pour comparer (506) l'information de sortie à l'in- formation de référence pour adapter le coefficient d'amplification de manière correspondante selon le résultat de la comparaison, et - une installation pour exploiter (508) le coefficient d'amplification et 15 obtenir la valeur de mesure. 9°) Dispositif (100) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'installation pour fournir (502) comporte un générateur d'horloge (102) 20 et un amplificateur (104, 106), - le générateur d'horloge (102) fournissant le premier signal et le second signal et au moins un amplificateur (104, 106) conçu pour amplifier le premier signal par le coefficient d'amplification, - l'installation d'alimentation (504) fournissant le premier signal ou un 25 signal qui en est déduit à au moins une électrode de porte (G) et/ou une électrode de source (S) du transistor à effet de champ chimiosensible (110) et/ou pour fournir le second signal ou un signal qui en est déduit au moins à une électrode de porte (G) et/ou une électrode de source (S) du transistor à effet de champ (114), 30 * l'information de sortie représentant l'intensité du courant entre un contact de drain (D) et un contact de source (S) du transistor à effet de champ chimiosensible (110) et l'information de référence représentant une intensité de courant entre un contact de drain (D) et un contact de source (S) du transistor de référence (114), 35 - l'installation comportant un régulateur pour comparer (506). 523 10°) Produit programme d'ordinateur comportant un code programme pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 lorsque le programme est appliqué par une installation de traitement de signal. 10