JP6416601B2 - 測定装置 - Google Patents
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Description
被測定信号は、アナログ形式で第1モジュールから第2モジュールへと伝送され、第2モジュールにおいて、被測定信号がデジタル信号に変換された後に、またさまざまなデジタル信号処理が行なわれる。これにより第1モジュール内において、デジタイザやデジタル信号処理部を駆動するためのクロック信号が不要となるため、ノイズを低減できる。
駆動能力の大きな送信アンプを利用して、電圧信号VOUTをケーブルを介して伝送することにより、伝送中の電圧信号VOUTのノイズ耐性を高めることができる。
送信アンプは、差動出力アンプであり、電圧信号VOUTを差動形式で伝送してもよい。これによりさらにノイズ耐性を高めることができる。
波形発生器が生成するアナログ電圧は、被試験デバイスに搭載される電気泳動用の電極を駆動したり、ヒータの制御に利用してもよい。
波形発生器を第2モジュールに搭載することで、波形発生器が発生するノイズが、トランスインピーダンスアンプに影響を及ぼすのを抑制できる。
この場合、波形発生器の出力であるアナログ電圧のレベルを小さくできるため、アナログ電圧がケーブルを伝送する際の放射ノイズを低減できる。
波形発生器を第2モジュールに内蔵する場合、電流測定中に、アナログ電圧がケーブルを伝送し、放射ノイズが発生しうる。これに対して、波形発生器を第1モジュールに内蔵した場合には、デジタル波形データを電流測定期間以外の期間に予め第1モジュールに送信しておくことにより、電流測定中の放射ノイズを低減できる。
この態様によれば、信号ラインに混入するノイズをガードメタルによって遮蔽することができ、ノイズをさらに低減できる。またガードアンプによってガードメタルの電位を調節することで、ガードメタルと信号ラインを等電位とすることができ、それらの間の寄生容量の影響を低減でき、広帯域な電流測定が可能となる。
仮想接地電圧を規定する第1電圧を、トランスインピーダンスアンプの近傍で生成することにより、仮想接地電圧にノイズが重畳するのを防止でき、ひいては電流信号IDUTあるいは電圧信号VOUTのノイズ成分を低減できる。
この場合、デジタル信号処理部における観測結果を、第1電圧の電圧レベルに反映させることができ、被試験デバイスの状態に応じて、被試験デバイスに適切な電圧を与えることができる。また第1電圧をフィードバック制御する場合には、このフィードバックを、第2モジュールを介在せずに第1モジュール内で閉じて行うことで、高速制御が可能となるとともに、フィードバック制御に利用されるデータがケーブルを伝送しないため、放射ノイズを低減できる。
被試験デバイスに供給される第2電圧を、被試験デバイスの直近で生成することにより、第2電圧にノイズが重畳するのを防止でき、ひいては電流信号IDUTあるいは電圧信号VOUTのノイズ成分を低減できる。
この場合、デジタル信号処理部における観測結果を、第2電圧の電圧レベルに反映させることができ、被試験デバイスの状態に応じて、被試験デバイスに適切な電圧を与えることができる。第2電圧をフィードバック制御する場合には、このフィードバックを、第2モジュールを介在せずに第1モジュール内で閉じて行うことで、高速制御が可能となるとともに、フィードバック制御に利用されるデータがケーブルを伝送しないため、放射ノイズを低減できる。
この態様では、第2電圧を電極対のバイアス電圧として使用される。そしてバイアス電圧を被試験デバイスの直近で生成することにより、バイアス電圧にノイズが重畳するのを防止でき、ひいては電流信号IDUTあるいは電圧信号VOUTのノイズ成分を低減できる。
これにより、第1モジュールの内部に、ノイズ源となるスイッチング電源を搭載する必要がなくなるため、スイッチングノイズがトランスインピーダンスアンプの入力あるいはその他のノードに混入するのを防止できる。
微小電流の測定中(デジタイザによるサンプリング中)は、データストレージへのアクセスを停止してもよい。これにより、電流測定中に発生するノイズをさらに低減できる。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
図1は、実施の形態に係る測定装置1のブロック図である。本実施の形態において測定装置1は、塩基配列解析装置(シーケンサ)である。
測定装置1は、主としてアクティブプローブモジュール(第1モジュール、以下、単にプローブモジュールと称する)2およびデジタルバックエンドモジュール(第2モジュール、以下、単にバックエンドモジュールと称する)4に分割して構成される。プローブモジュール2は、測定時に被試験デバイス20に近接する。たとえばプローブモジュール2には、被試験デバイス20に形成されるパッドPDとコンタクトするプローブやピンが装着される。プローブモジュール2は昇降可能であってもよい。バックエンドモジュール4は、プローブモジュール2と少なくとも一本のケーブル8を介して接続される。プローブモジュール2には、主としてアナログフロントエンド回路が搭載され、バックエンドモジュール4には主としてデジタル回路が搭載される。
プローブモジュール2の内部に、ノイズ源となるスイッチング電源を搭載する必要がなくなるため、スイッチングノイズがトランスインピーダンスアンプ110の入力、あるいはその他のノードに混入するのを防止できる。
図5は、第1の実施の形態に係る測定装置1の構成を示すブロック図である。図5において、プローブモジュール2では、主としてアナログ信号処理が行なわれる。プローブモジュール2とバックエンドモジュール4の間は、複数のケーブル8c〜8fを介して接続される。ケーブル(電源ライン)8cは、バックエンドモジュール4からプローブモジュール2に直流電源電圧VDDを供給するために使用される。ケーブル8dは、トランスインピーダンスアンプ110が生成したアナログの電圧信号VOUTをバックエンドモジュール4に伝送するために使用される。ケーブル8e、8fは、バックエンドモジュール4が発生したプローブモジュール2を制御するためのデジタル信号をプローブモジュール2に送信するために使用される。
図6は、第2の実施の形態に係る測定装置の構成を示すブロック図である。第2の実施の形態は、波形発生器120がプローブモジュール2に内蔵される点で第1の実施の形態と相違している。その他は第1の実施の形態と同様である。デジタル波形データDAWGは、バックエンドモジュール4の第3デジタル信号処理部116Cによって生成され、ケーブル8gを介して伝送される。
実施の形態では、プローブモジュール2およびバックエンドモジュール4のデジタル信号処理部116において、塩基配列の決定まで行なったが本発明はそれには限定されない。デジタル信号処理部116においては、塩基配列の決定までは行なわずに途中までの処理を行ない、中間データをデータストレージ208に格納してもよい。そしてコンピュータ6において、塩基配列のための最終処理を実行してもよい。
実施の形態では、プローブモジュール2を制御するための第1制御信号S1(D1〜D3)を、シリアル形式で伝送することとしたが本発明はそれに限定されない。プローブモジュール2は、プローブモジュール2を制御するための第1制御信号S1の少なくとも一部(第2制御信号S2)を、専用の制御線を介してプローブモジュール2に供給してもよい。
実施の形態では、プローブモジュール2およびバックエンドモジュール4が、コンピュータ6の制御下で動作する場合を説明したが本発明はそれには限定されない。すなわち測定装置1は、コンピュータ6を必要とせずにスタンドアロンで動作してもよい。
データストレージ208は、バックエンドモジュール4に着脱可能に接続されてもよい。この場合、測定装置1による一連の測定が完了した後に、ユーザがデータストレージ208を回収し、別の場所にあるコンピュータを用いてデータを解析してもよい。
プローブモジュール2は、電池を内蔵してもよい。プローブモジュール2の内部のアクティブデバイスは、電池を電源として動作してもよい。この場合も、電源によるノイズのない環境での電流測定が可能となる。
実施の形態では、ゲーティングナノポア方式のシーケンサを説明したが、測定装置1はMCBJ方式のシーケンサにも利用可能である。この場合、ナノポアチップに代えて、MCBJチップが使用される。MCBJチップには、ナノポアに代えて、金線などの導体と、導体を破断するための破断機構などが集積化される。この場合、プローブモジュール2には、破断機構を駆動するためのアンプ(信号発生回路118の一部)が設けられる。あるいは波形発生器120を、破断機構を駆動するためのアンプとして使用してもよい。
Claims (16)
- 被試験デバイスに流れる電流信号を測定する測定装置であって、
前記被試験デバイスとコンタクト可能な第1ピンと、
前記第1ピンと接続され、前記第1ピンを介して前記被試験デバイスに流れる前記電流信号を、前記電流信号に比例する電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、
前記電圧信号を第1デジタルデータに変換するデジタイザと、
前記第1デジタルデータを信号処理するとともに、前記測定装置を制御するデジタル信号処理部と、
を備え、
前記第1ピンを有し、測定時に前記被試験デバイスに近接して前記被試験デバイスとコンタクトが取られる第1モジュールと、前記第1モジュールと少なくとも一本のケーブルを介して接続される第2モジュールと、に分離して構成され、
前記トランスインピーダンスアンプは、前記第1モジュールに内蔵され、
前記デジタイザおよび前記デジタル信号処理部は、前記第2モジュールに内蔵されることを特徴とする測定装置。 - 前記第1モジュールに内蔵され、前記トランスインピーダンスアンプの出力信号を、前記デジタイザに出力する送信アンプをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の測定装置。
- 前記第2モジュールに内蔵され、前記デジタル信号処理部からデジタル波形データを受け、前記デジタル波形データに応じたアナログ電圧を発生する波形発生器をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の測定装置。
- 前記第1モジュールに内蔵され、前記アナログ電圧を受け、前記被試験デバイスに出力する受信アンプをさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の測定装置。
- 前記少なくとも一本のケーブルは、シリアルバスを含み、
前記デジタル信号処理部は、前記第1モジュールを制御するための第3制御信号を生成し、前記シリアルバスを介して、前記第1モジュールに出力することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の測定装置。 - 前記少なくとも一本のケーブルは、個別信号線を含み、
前記デジタル信号処理部は、前記第1モジュールを制御するための第4制御信号を生成し、前記個別信号線を介して、前記第1モジュールに出力することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の測定装置。 - 前記第1モジュールに内蔵され、デジタル波形データを受け、前記デジタル波形データに応じたアナログ電圧を発生する波形発生器をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の測定装置。
- 前記第1モジュールの内部に前記電流信号が伝搬する信号ラインと近接して形成されるガードメタルと、
前記第1モジュールに内蔵され、前記トランスインピーダンスアンプの仮想接地電圧を前記ガードメタルに印加するガードアンプと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の測定装置。 - 前記第1モジュールに内蔵され、前記トランスインピーダンスアンプの仮想接地電圧を規定する第1電圧を生成する第1電圧源をさらに備えることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の測定装置。
- 前記第1電圧源は、前記デジタル信号処理部により生成される第3制御信号に応じた電圧レベルの前記第1電圧を生成することを特徴とする請求項9に記載の測定装置。
- 前記第1モジュールに内蔵され、前記被試験デバイスに供給される第2電圧を生成する第2電圧源をさらに備えることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の測定装置。
- 前記第2電圧源は、前記デジタル信号処理部により生成される第4制御信号に応じた電圧レベルの前記第2電圧を生成することを特徴とする請求項11に記載の測定装置。
- 前記被試験デバイスは、前記トランスインピーダンスアンプと接続される第1電極と、前記第1電極と対向する第2電極と、を含み、
前記測定装置は、前記第1電極および前記第2電極の間を流れる電流を測定対象とし、
前記トランスインピーダンスアンプの仮想接地電圧は、接地電圧であり、
前記第2電圧源は、前記第2電圧を、前記第2電極に供給することを特徴とする請求項11または12に記載の測定装置。 - 前記第1モジュールは、直流電源電圧を受けるための電源端子を備えることを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の測定装置。
- 前記第2モジュールに内蔵されるデータストレージをさらに備えることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の測定装置。
- 前記第2モジュールに着脱可能に接続されるデータストレージをさらに備えることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の測定装置。
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