JP2009526966A - センサ回路 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はセンサ回路に関し、特に、必然性はないが、電流測定センサのためのバイアス回路に関する。
電流測定センサは、20年以上にわたって特定の分析物、たとえば液体中の酵素の存在の検出に使用されてきた。基本原理は、標本中の被検出分析物とセンサ表面との間に反応をもたらすことである。その結果として生成される電荷が、その後、測定可能なセンサ電流に変換される。電流の大きさは、概して、存在する分析物の量に関係する。
本発明の第1の態様によれば、基準電極、カウンタ電極、および作用電極を有する電流測定センサを動作させるための回路であって、
正の入力と負の入力と出力とを有する増幅器であって、正の入力が基準電圧源に結合され、負の入力および出力が、負帰還ループを介して互いに結合される増幅器と、
電流測定センサを増幅器の前記負帰還ループ内に結合するための手段とを含み、第1の構成ではカウンタ電極が前記出力に結合され、かつ基準電極が前記負の入力に結合され、第2の構成では作用電極が前記出力に結合され、かつ基準電極が前記負の入力に結合される、回路が提供される。
前記第1の構成においては、減算器の正の入力が基準電極に結合され、かつ減算器の負の入力が作用電極に結合され、
前記第2の構成においては、減算器の正の入力が作用電極に結合され、かつ減算器の負の入力が基準電極に結合される。
好ましくは、この回路が、前記キャパシタンスに定電流を供給するように選択可能な1または複数の定電流源と、定電流源による前記キャパシタンスの充電中にセンサからキャパシタンスを分離するためのスイッチ手段とを含み、定電流によって前記キャパシタンスに印加される電圧の測定が回路およびセンサの較正を可能にする。
好ましくは、この回路が、外部電流測定センサの電極に結合するための複数の端子を含む。
本発明の第2の態様によれば、電流測定センサと組み合わせた上記の本発明の第1の態様の回路を含むセンサ・システムが提供される。
前記結合するための手段を前記第1または第2の構成に設定することと、
センサによって生成された電流をキャパシタンスにわたって積分することと、
予め定める時間期間が経過した後に、キャパシタンス上に蓄積された電圧を測定することと、を含む方法が提供される。
説明しようとしている電流測定センサのバイアスおよび出力回路は、先行技術設計の外部電流検知抵抗(図1および2のRsens)をオンチップ可変キャパシタで置き換える。その種の回路が図3に示される。ここでは、回路が、わずか1ボルト以下の供給電圧しか利用できないことが前提となっている。
・作用電極Wにおける電位が、基準電極Rに関して適切な正の電位に設定される。
・増幅器Amp1の負端子が、減算器Subtract1の出力端子に接続され、当該増幅器の出力端子がセンサSens1のカウンタ電極Cに接続される。
・減算器Subtract1の正端子が、スイッチS2を介してセンサSens1の基準電極Rに接続される。
・減算器Subtract1の負端子が、スイッチS3を介してセンサSens1の作用電極Wに接続される。
Claims (21)
- 基準電極、カウンタ電極、および作用電極を有する電流測定センサを動作させるための回路であって、
正の入力と負の入力と出力とを有する増幅器であって、前記正の入力が基準電圧源に結合され、前記負の入力および前記出力が、負帰還ループを介して互いに結合される、増幅器と、
前記電流測定センサを前記増幅器の前記負帰還ループ内に結合するための手段であって、第1の構成においては、前記カウンタ電極が前記出力に結合され、かつ前記基準電極が前記負の入力に結合され、第2の構成においては、前記作用電極が前記出力に結合され、かつ前記基準電極が前記負の入力に結合される、手段と、
を含むことを特徴とする回路。 - 前記増幅器の前記負の入力に結合される出力を有する減算器を含み、使用時に、
前記第1の構成においては、前記減算器の正の入力が前記基準電極に結合され、かつ前記減算器の負の入力が前記作用電極に結合され、
前記第2の構成においては、前記減算器の前記正の入力が前記作用電極に結合され、かつ前記減算器の前記負の入力が前記基準電極に結合されることを特徴とする請求項1に記載の回路。 - 前記第1および第2の構成の間において前記回路を切換えるためのスイッチング手段を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の回路。
- 前記スイッチング手段は、前記減算器の前記正および負の入力をトグルするように選択可能であることを特徴とする請求項2に従属するときの請求項3に記載の回路。
- 使用時に前記作用電極およびカウンタ電極のうちの一方に結合され、それらから受取ったセンサ電流を積分するように構成されるキャパシタンスと、前記キャパシタンス上に蓄積された電圧を測定出力に与えるための手段とを含むことを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の回路。
- 使用時に前記キャパシタンスを予め定める時間期間にわたって前記作用電極およびカウンタ電極のうちの一方に結合するように構成されたコントローラを含み、前記キャパシタンス上に蓄積された前記電圧を測定出力に与えるための手段は、前記電圧を前記予め定める時間期間の終了時に与えるように動作することを特徴とする請求項5に記載の回路。
- センサ測定の実行に先立って、前記キャパシタンス上に蓄積された電荷を放電するために、前記キャパシタンスの電流受取り側をグラウンドに選択的に結合するための放電スイッチを含むことを特徴とする請求項5または6に記載の回路。
- 前記キャパシタンス上に蓄積された前記電圧を測定出力に与えるための手段は、前記キャパシタンスの前記電流受取り側に結合される正の入力を有する単位利得バッファ増幅器を含むことを特徴とする請求項5〜7のうちのいずれか1項に記載の回路。
- 前記キャパシタンスは、可変キャパシタンスであることを特徴とする請求項5〜8のうちのいずれか1項に記載の回路。
- 前記キャパシタンスに定電流を供給するように選択可能な1または複数の定電流源と、定電流源による前記キャパシタンスの充電中にセンサから前記キャパシタンスを分離するためのスイッチ手段とを含み、定電流によって前記キャパシタンスに印加される前記電圧の測定が回路およびセンサの較正を可能にすることを特徴とする請求項5〜9のうちのいずれか1項に記載の回路。
- 使用時にセンサ測定の実行に先立って、センサ・キャパシタンスを放電するために、少なくとも1つのセンサ電極をグラウンドに接続する第2のスイッチング手段を含むことを特徴とする請求項1〜10のうちのいずれか1項に記載の回路。
- 自動的に、またはユーザの指示の下に、前記結合するための手段と任意のスイッチング手段とを設定するためのコントローラを含むことを特徴とする請求項1〜11のうちのいずれか1項に記載の回路。
- 前記回路は、単一の半導体チップ内に集積されることを特徴とする請求項1〜12のうちのいずれか1項に記載の回路。
- 外部電流測定センサの電極に結合するための複数の端子を含むことを特徴とする請求項10に記載の回路。
- 前記供給電圧は、1V以下であることを特徴とする請求項1〜14のうちのいずれか1項に記載の回路。
- 電流測定センサと組み合わせた請求項1〜15のうちのいずれか1項に記載の回路を含むことを特徴とするセンサ・システム。
- 請求項15に記載のセンサ・システムを動作させる方法であって、
前記結合するための手段を前記第1または第2の構成に設定することと、
センサによって生成された電流をキャパシタンスにわたって積分することと、
予め定める時間期間が経過した後に、前記キャパシタンス上に蓄積された電圧を測定することと、
を含むことを特徴とする方法。 - センサをバイアスするための回路であって、増幅器と減算器とを含み、前記減算器が、前記増幅器の負帰還ループ内に結合され、かつ使用時にはその正および負の入力が、それぞれ前記センサの第1および第2の端子に結合され、前記増幅器の出力が、使用時にはセンサ端子に結合され、前記増幅器の正の入力が基準電圧に結合され、前記第1および第2の端子の間の電圧が実質的に前記基準電圧にクランプされることを特徴とする回路。
- 電流測定センサとともに使用され、前記第1の端子は基準電極および作用電極のうちの一方であり、前記第2の端子は前記基準電極および前記作用電極のうちの他方であり、前記増幅器の前記出力は、カウンタ電極および前記作用電極のうちの一方に結合されることを特徴とする請求項18に記載の回路。
- イオン感応性電界効果トランジスタとともに使用され、前記第1および第2の端子は、イオン感応性電界効果トランジスタのソースおよびドレインであり、前記増幅器の前記出力は、前記ソース端子に結合されることを特徴とする請求項18に記載の回路。
- センサからの電流出力を検出するための回路であって、使用時に前記センサの出力に結合されるように構成されたキャパシタンスと、前記キャパシタンスにわたる電圧を、測定サイクルに先立って放電させるための手段と、前記キャパシタンス上に蓄積された前記電圧を測定サイクルの後に測定するための手段とを含むことを特徴とする回路。
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