TWI537559B - 生物感測器裝置與其相關方法 - Google Patents

Description

生物感測器裝置與其相關方法

本發明係關於生物感測技術。

由於積體電路中電子元件(例如電晶體、二極體、電阻器、電容器)的集成密度不斷提升的緣故，半導體工業正在快速地成長。集成密度得以提升的主要原因在於半導體製程節點的縮減(例如，縮減至次20奈米)。另外，半導體在微積電系統micro electro mechanical systems，MEMS)工藝上也獲得長足的進步。從汽車電子產品到智慧型手機，乃至於生物醫學裝置，都可見到MEMS裝置的各種應用。

生物醫學MEMS(BioMEMS)裝置具有多種功能。pH感測器即為一種BioMEMS裝置，可以電子方式判斷pH值。pH感測器可用來檢查疾病、監控有機組織、辨識水污染，以及許多廣泛的用途。

依據本發明實施例，本發明之一裝置：包括一物感測器、一感測電路電性耦接至生物感測器、一量化器電性耦接至感測電路、一數位濾波器電性耦接至量化器、一選擇窗口電性耦接至數位濾波器，以及一判斷單元電性耦接至選擇窗口。

依據本發明實施例，本發明之一裝置包括：一生 物感測器、一感測電路電性耦接至生物感測器、一量化器電性耦接至感測電路、一數位濾波器電性耦接至量化器、一選擇窗口電性耦接至數位濾波器、一回饋路徑電性耦接至量化器、數位濾波器或選擇窗口中之至少其中一者，以及一調諧電路電性耦接至回饋路徑與感測電路與生物感測器中至少一者。

10‧‧‧生物感測器系統

100‧‧‧生物感測器

110‧‧‧感測電路

120‧‧‧量化器

130‧‧‧後處理子系統

131‧‧‧數位濾波器

132‧‧‧選擇窗口

133‧‧‧判斷單元

20‧‧‧方法

200-260‧‧‧步驟

30‧‧‧生物感測器系統

300‧‧‧回饋區塊

310‧‧‧調諧電路

40‧‧‧校正路徑

400‧‧‧待測裝置

420‧‧‧計量器

431‧‧‧濾波器

432‧‧‧選擇窗口

500‧‧‧生物感測器

501‧‧‧參考電壓供應

502‧‧‧背閘極電壓供應

503‧‧‧汲極偏壓供應

510‧‧‧溶液

520‧‧‧電流計量器

600‧‧‧選擇電晶體

610‧‧‧電流供應

70‧‧‧方法

700-760‧‧‧步驟

Vbg‧‧‧背閘極電壓

Vd‧‧‧汲極電壓

Bg‧‧‧背閘極

Fg‧‧‧前閘極

Vref‧‧‧參考電壓

Id‧‧‧電流訊號

V‧‧‧電壓訊號

C‧‧‧電容訊號

I‧‧‧電流訊號

Vs‧‧‧源極電壓

Vd‧‧‧汲極電壓

D(n)‧‧‧數位輸出訊號

D_Filter(n)‧‧‧濾波數位訊號

D_Sel(m)‧‧‧選擇訊號

D_final‧‧‧判斷訊號

Filter_order‧‧‧數位訊號

Filter_Type‧‧‧第一數位訊號

Start_time‧‧‧啟始時間訊號

End_time‧‧‧結束時間訊號

pH‧‧‧pH值

第1圖係依據本發明實施例之生物感測器系統10示意圖。

第2圖係依據本發明實施例之一方法20之流程圖。

第3圖係依據本發明實施例之一電路方塊圖，其表示一具有內部校正功能的生物感測器系統30。

第4、5、6圖為依據本發明實施例之示意圖，用以表示一校正路徑40，以及該校正路徑40之一待測裝置400。

第5圖係依據本發明實施例中第4圖之DUT400之電路圖。

第6圖係依據本發明實施例之DUT400之詳細電路圖。

第7圖係依據本發明實施例之校正生物感測器系統之一方法70流程圖。

下文為介紹本發明之最佳實施例。各實施例用以說明本發明之原理，但非用以限制本發明。本發明之範圍當以後附之權利要求項為準。

下文將詳述本發明的實施例。值得注意的是，本文所提供的各種可用的發明概念可在各種具體情況下被實施。下文所述的各種實施例只為方便說明如何製造及使用本發 明之特徵，並非用以限制本發明之範圍。

下文將以特定的內容說明本發明生物感測器電路及其相關方法之實施例。然而，其他的實施例亦可應用到其他類型的感測電路。

在下文相關圖示及說明中，相同的標號係表示相同的元件。雖然在某些圖中會將凸顯某些特定部分，但此僅為簡化說明。熟悉本技藝人士可了解本文所述之內容可應用在結構內的許多元件之上。

下文將介紹本發明新穎的生物感測器系統與方法。該生物感測器系統使用一數位濾波器與選擇窗口以提升其訊雜解析度(signal-to-noise ratio，SNR)。該生物感測器系統可選擇性地包括一回饋網路與調諧電路以執行自我校正。

第1圖係依據本發明實施例之生物感測器系統10示意圖。生物感測器系統10之生物感測器100感測一溶液之參數(例如，pH)，並輸出一相應訊號(例如，電流、電壓、電容值等)。在某些實施例中，生物感測器100係一生物感測器陣列。在某些實施例中，生物感測器100係一離子感測場效電晶體(ion-sensitive field effect transistor，ISFET)、一奈米線、一奈米孔等等。在某些實施例中，生物感測器系統10可與單一積體電路(integrated電路，IC)整合。

感測電路110電性耦接至生物感測器100。在某些實施例中，感測電路110包括一多工器，用以從生物感測器陣列中挑選出一生物感測器100。在某些實施例中，感測電路110包括一轉換器。在某些實施例中，該轉換器係一電流至電壓轉 換器、一電壓至電壓轉換器、一電容值至電壓轉換器等等。在某些實施例中，轉換器將一輸入訊號(例如，電流，電壓，電容值)轉換成一電流。在某些實施例中，該感測電路110更包括一放大器。

量化器120係電性耦接至感測電路110。在某些實施例中，量化器120包括一類比至數位轉換器(ADC)。在某些實施例中，該ADC係一電壓模式ADC、一電流模式ADC等等。量化器120接收感測電路110之一類比輸出訊號(例如，電壓、電流)，並產生用以表示該類比輸出訊號的一數位輸出訊號D(n)。在某些實施例中，數位輸出訊號D(n)包括整數個數位位元。在某些實施例中，量化器120包括一暫存器，用以儲存並輸出該數位位元。

在許多生物感測應用中，生物感測器100之一輸出訊號(例如，電壓、電流、電容值)的設定時間(包括輸出訊號數位化後的延長)會比傳統感測器的輸出訊號來得長，造成對生物感測器性能，諸如化學流程、生物反應、生物樣品以及檢測方法之限制。舉例而言，因為上述原因，pH偵測器需要大約30秒或更長的時間輸出穩定的電壓。數位訊號表示一溶液的pH值，其亦包括雜訊。雜訊可包括高頻雜訊(熱雜訊或散粒雜訊)以及低頻雜訊(長期漂移、離子擴散、像素間的串擾)。這些雜訊源難以被界定，而對各種生物感測與化學溶液的組合而言這些雜訊都有其獨特性。

因此，一般會將後處理子系統130電性耦接至該量化器120。數位濾波器131電性耦接至量化器120。在某些實施 例中，該數位濾波器131包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器等等。在某些實施例中，該數位濾波器131包括一有限脈衝反應(finite impulse，FIR)濾波器。在某些實施例中，該數位濾波器131包括一移動平均濾波器。在某些實施例中，會輸入一第一數位訊號Filter_Type至數位濾波器131以選出數位濾波器131之類型(例如，帶通、低通或高通)。在某些實施例中，數位訊號Filter_order可用以選出數位濾波器131之階數(例如，第一階、第二階，等)。數位濾波器131可輸出一已濾波的數位訊號D_Filter(n)。該濾波數位訊號D_Filter(n)係該數位輸出訊號D(n)之濾波版本，其型態和階數係將依據數位濾波器131之設定或電性組態而定。

該濾波的數位訊號D_Filter(n)被選擇窗口132所接收，而該選擇窗口132電性耦接至該數位濾波器131之一輸出端。選擇窗口132係一數位電路，其由該濾波的數位訊號D_Filter(n)輸出一訊號。該選擇訊號D_Sel(m)包括該過濾的數位訊號D_Filter(n)的一系列位元，其對應至過濾的數位訊號D_Filter(n)之一設定區。在某些實施例中，該系列之位元為過濾的數位訊號D_Filter(n)之一時間偏移序列。舉例而言，該過濾數位訊號D_Filter(n)可包括對應至一時段的數位資料，而該時段係生物感測器100開始感測一溶液pH值之時間點(timet1)至停止感測之時間點(timet2)。在一例中，時間點t1與t2之間大約1分鐘。選擇訊號D_Sel(m)即擷取自時間點t3開始至t4之窗口上的數位資料。時間點t3在時間點t1的一第一時期之後，而時間點t4為時間點t2一第二時期之前。在某些實施例中，時間點 t4即時間點t2。在某些實施例中，第一時期約長10秒。在某些實施例中，第一時期約長30秒。

在某些實施例中，選擇窗口132接收至少一啟始時間訊號Start_time。在某些實施例中，選擇窗口132更接收一結束時間訊號End_time。舉例而言，該啟始時間訊號Start_time可為代表30秒的數位碼，而該結束時間訊號End_time可為代表40秒的數位碼。在某些實施例中，選擇窗口132接收一期間訊號。舉例而言，該啟始時間訊號Start_time可為表示30秒的數位，而該期間訊號可為表示10秒的數位碼。

在某些實施例中，啟始時間訊號Start_time為一上升緣，其由生物感測器100開始感測後一預設延遲時間後產生。舉例而言，生物感測器100可於時間點t1接收一致能訊號以啟動對溶液pH值的感測。致能訊號可被一計數器所接收。當計數器輸出對應至該預設延遲期間(例如，30秒)的一第一計數訊號時，接收到該計數訊號的解碼器即輸出一上升緣以做為啟始時間訊號Start_time。當計數器輸出對應至該第一期間加上一取樣期間(例如，30秒加10秒)的一第二計數訊號時，則接收到該第二計數訊號的解碼器即輸出一第二上升緣做為結束時間訊號End_time。

在某些實施例中，選擇窗口132取樣該濾波數位訊號D_Filter(n)並透過自動化流程產生一選擇訊號D_Sel(m)。舉例而言，變化臨界值可儲存於一暫存器之中。選擇窗口132可將該濾波數位訊號D_Filter(n)之第一值與該濾波數位訊號D_Filter(n)之第二值進行比對。當第二值與第一值之間的差值 小於該變化臨界值，則選擇窗口132可開始擷取該選擇訊號D_Sel(m)。舉例而言，當偵測溶液之pH值時，第一值超過第二值之部分小於約0.05(pH值)，則選擇窗口132即開始擷取該選擇訊號D_Sel(m)。

在某些實施例中，生物感測器系統10係一醫學測試系統，用以判斷一醫療狀況(例如，病毒呈陽性或陰性等等)。判斷單元133具有一輸入端，其電性耦接至該選擇窗口132之一輸出端。判斷單元133接收該選擇訊號D_Sel(m)，並依據選擇訊號D_Sel(m)之值產生一判斷訊號D_final。舉例而言，若一pH範圍對應至某病毒的陽性取值，而選擇訊號D_Sel(m)位於該pH範圍內時，該判斷訊號D_final之邏輯值為1或「高態」。在某些實施例中，判斷單元133包括一數位比較器，其將該選擇訊號D_Sel(m)與一參考值比對。在某些實施例中，該參考值係一數位碼，具有第一數量的位元，其與選擇訊號D_Sel(m)之位元之第二數量相當。舉例而言，若選擇訊號D_Sel(m)係一m位元訊號，則參考值亦具有m位元。

第2圖係依據本發明實施例之一方法20之流程圖。方法20與生物感測器系統10相容，並且可用以測試一生物條件之生化物質。生物材料(例如，溶液)會被輸送(步驟200)至一生物感測器，即，生物感測器100。生物感測器會對該生物材料與生物感測器感測區之接觸產生反應。舉例而言，溶液可與一ISFET之一前閘極接觸，而該前閘極會改變ISFET之臨界電壓，並改變ISFET之輸出電流。生物感測器對該生物材料之反應接著會被感測(步驟210)。在某些實施例中，該反應係電壓 訊號、電流訊號、電容值訊號等等。該反應接著被轉換(步驟220)成一數位訊號。在某些實施例中，轉換步驟220可被一ADC(電壓模式或電流模式)執行。

後處理步驟230-260可執行於該數位訊號之上以產生一測試結果。該數位訊號會被濾波(步驟230)以產生一濾波訊號(例如，濾波的數位訊號D_Filter(n))。在某些實施例中，濾波230包括低通濾波、高通濾波、帶通濾波器等等。濾波訊號之位元可依據一延遲設定而被選擇(步驟240)。在某些實施例中，位元之串流可經由轉換步驟220而產生、位元串流接著被濾波步驟230所濾波，而濾波位元可儲存於一暫存器之中。之後會由位元串流中選擇(步驟240)出一段中間子集(例如，第1024位元至第2048位元)。該中間子集與一延遲設定相對應。在某些實施例中，在一選擇訊號之一時脈緣時開始儲存該過濾的位元。時脈緣可由感測步驟210起開始延遲一預設延遲時間(例如，大約30秒)。

選擇步驟240所選出的位元會被分析(步驟250)以鑑定出一生物條件。舉例而言，位元可與一pH值進行比對。若該位元值大致等於該pH值(或在該pH值預設範圍左右)，則該生物條件則可鑑定為陽性或陰性。生物條件的存在與否(陽性或陰性)可被輸出步驟260所指示，其即為一測試結果。在某些實施例中，輸出步驟260包括改變一數位顯示器(例如，發光二極體、像素陣列等等)、發送可聽聞的聲響等等。在某些實施例中，輸出步驟260包括輸出「真」或「假」之指示符號。在某些實施例中，輸出步驟260包括輸出，舉例而言，對應生物條 件的嚴重性之數字。

第3圖係依據本發明實施例之一電路方塊圖，其表示一具有內部校正功能的生物感測器系統30。生物感測器系統30在許多方面與生物感測器系統10相似，並有與第3圖及第1圖中的區塊有著相同的標號。在某些實施例中，生物感測器系統30包括一回饋區塊300及一調諧電路310。

在某些實施例中，該回饋區塊300包括一導線、一緩衝器或其他邏輯閘等。在某些實施例中，回饋區塊300包括平行輸出(例如，4位元、8位元，更高位元的匯流排)。回饋區塊300提供一路徑給調諧電路310以接收自該數位訊號D(n)所產生的數位位元。在某些實施例中，回饋區塊300之一輸入端係電性耦接至選擇窗口132之一輸出端以接收選擇訊號D_Sel(m)。在某些實施例中，回饋區塊300之輸入端係電性耦接至該判斷單元133之內部節點。在某些實施例中，回饋區塊300之輸入端電性耦接至濾波器131之輸出端以接收濾波訊號D_Filter(n)。

在某些實施例中，調諧電路310依據透過回饋區塊300所接收到的數位位元調整生物感測器100或感測電路110之偏壓條件。在某些實施例中，調諧電路310具有一輸出端，其電性耦接至一參考電壓供應，其產生背閘極電壓Vbg以偏壓生物感測器100之背閘極。在某些實施例中，調諧電路310透過改變背閘極電壓Vbg以增加或減少生物感測器100之敏感度，藉此校正該生物感測器100。在某些實施例中，調諧電路310具有一輸出端，其電性耦接至一偏壓產生器以電性偏壓該感測電路 110。在某些實施例中，該偏壓產生器係一電流供應，用以偏壓感測電路110之一感測放大器。在某些實施例中，調諧電路310藉由修正用以偏壓該感測放大器之電流供應之振幅，即可達到校正該感測電路110之感測放大器、增加或減少該感測放大器之敏感度之效果。在某些實施例中，調諧電路310使用自回饋區塊300所接收的數位位元執行校正作業，並依據該校正作業對該生物感測器100或感測電路110之偏壓進行調整。舉例而言，該校正作業可藉由下述方法完成：讀取一溶液之一第一pH值、擷取該讀取第一pH值期間中的第一數位位元、讀取該溶液之一第二pH、擷取該讀取第二pH值期間中的第二數位位元，以及利用該第一數位位元與第二數位位元執行兩點校正法。

第4、5、6圖為依據本發明實施例之示意圖，用以表示一校正路徑40，以及該校正路徑40之一待測裝置(device under test，DUT)400。第4圖係依據本發明實施例之校正路徑40之電路方塊圖。在某些實施例中，DUT400係一生物感測器，與第1圖之生物感測器100相似。在某些實施例中，DUT400係與具有一pH值的溶液相接觸。前閘極、背閘極、DUT400的汲極與源極分別被前閘極電壓源Vfg、背閘極電壓Vbg、汲極電壓Vd以及一源極電壓Vs所偏壓。在某些實施例中，該源極電壓接地。DUT400輸出一電流訊號Id，其值與溶液之pH值成正比。

校正路徑40之計量器420具有一輸入端，其電性耦接至DUT400以接收該電流訊號Id。在某些實施例中，計量器420係一ADC，可接收一取樣期間訊號Ts。計量器420將一數位 電流訊號Id(n)輸出至計量器420之一輸出端。濾波器431具有一輸入端，其電性耦接至計量器420之輸出端。在某些實施例中，濾波器431係一移動平均濾波器。在某些實施例中，濾波器431具有可設定之濾波階數。若濾波器431為一移動平均濾波器，該濾波器431會於該濾波器431之一輸出端上輸出一平均電流訊號Id_avg(n)。選擇窗口432接收該平均電流訊號Id_avg(n)以及一啟始時間訊號，並產生一選擇訊號Id_final(m)。該選擇訊號Id_final(m)包括對平均電流訊號Id_avg(n)之數位位元的一選取值。在某些實施例中，選擇訊號Id_final(m)之第一位元大致係在啟始時間訊號的上升緣或下降緣時被儲存。

第5圖係依據本發明實施例中第4圖之DUT400之電路圖。在某些實施例中，生物感測器500係一ISFET。生物感測器500之前閘極(fg)係與一溶液510接觸，並被參考電壓供應501所產生的一參考電壓Vref所偏壓。生物感測器500之背閘極(bg)係電性耦接至一背閘極電壓供應502，其可產生一背閘極電壓Vbg。生物感測器500之源極電性耦接至一電源供應節點(例如，接地端)。生物感測器500之汲極電性耦接至一電流計量器520，並接收由汲極偏壓供應503上所產生或複製的汲極電壓Vd。

生物感測器500之臨界電壓會隨著與前閘極接觸的溶液510之pH值而改變。就一第一pH值而言，生物感測器500產生一第一電流以回應該參考電壓Vref。電流計量器520可量測該第一電流，並產生一第一訊號(例如，電壓訊號)，其與第一電流成正比。就第二pH值而言，其與第一pH值不同，生物 感測器500會產生與第一電流相異的一第二電流以回應該該參考電壓Vref。

第6圖係依據本發明實施例之DUT400之詳細電路圖。在某些實施例中，生物感測器500為一相似的生物感測器陣列。舉例而言，生物感測器500為一ISFET陣列。一選擇電晶體600電性耦接至該生物感測器500以選出校正用的生物感測器500。在某些實施例中，選擇電晶體600之汲極電性耦接至該生物感測器500之汲極。選擇電晶體600之閘極接收一控制訊號Se10。

電流供應610產生一電流Ios，其電性耦接至該選擇電晶體600之源極。當選擇電晶體600開啟時，生物感測器500自該電流供應610汲取電流。生物感測器500所汲取之電流會被電流計量器520之一放大器521所放大。在某些實施例中，該放大器521之非反相輸入端係電性耦接至該汲極偏壓供應503。實際上，短路會使得該放大器521之反相輸入端上的電壓大致等於該汲極電壓Vd。電阻器522具有一第一端，其電性耦接至放大器521之一輸出端，並具有一第二端，其電性耦接至該放大器521之反相輸入端。電阻器522之電阻值可以很大(例如，數量級為數百KΩ)。

第7圖係依據本發明實施例之校正生物感測器系統之一方法70流程圖。在某些實施例中，方法70係搭配第3圖之生物感測器系統30或第4圖至第6圖之校正路徑40使用。生物材料(例如，一溶液)被輸送至700一生物感測器，例如該生物感測器100或該生物感測器500。生物感測器會對生物材料做反 應，而該反應可被感測(步驟710)。在某些實施例中，上述反應係生物感測器之輸出電流上之變化。在某些實施例中，感測步驟710可被一感測電路所執行，例如感測電路110或電流計量器520。在某些實施例中，感測步驟710包括放大步驟，其可由放大器521執行。

反應(或放大後的反應)會被轉換(步驟720)至一數位訊號。在某些實施例中，該轉換步驟720可由一ADC執行。在某些實施例中，轉換步驟720係依據一取樣期間設定、解析度設定等等而執行，電路(例如，ADC)可進行該轉換步驟720。

數位訊號接著被濾波(步驟730)以產生一濾波訊號(例如，濾波訊號D_filter(n)或平均電流訊號Id_avg(n))。在某些實施例中，濾波730包括低通濾波、高通濾波、帶通濾波、移動平均濾波器等等。

濾波訊號之位元係依據一啟始設定而選出(步驟740)。在某些實施例中，該起啟訊號係一脈衝或訊號邊緣，生物感測器開始感測起延遲一預設的設定期間(例如數十秒)後，該脈衝或訊號邊緣即可啟動。在某些實施例中，該啟動設定係一數位訊號，用以指出濾波訊號之位元部位(例如，一開始位元與一結束位元)。

校正位元接著回饋(步驟750)至一調諧電路(例如，調諧電路310)。在某些實施例中，回饋步驟750可由一回饋網路實施，例如回饋區塊300。在某些實施例中，該校正位元為數位訊號之數位位元、濾波訊號之濾波位元、或選擇步驟750所選出的選擇訊號之選擇位元。

生物感測器或感測電路之偏壓可依據儲存於該校正位元中之校正資訊而調整(步驟760)。在某些實施例中，調整步驟760包括改變一ISFET之背閘極電壓Vbg、施加至感測電路之一放大器(例如，放大器521)之電流供應。

本發明之實施例具有多種好處。後處理子系統130所進行的後處理作業可使生物感測器100或500所讀取的數位訊號更平順，並選出與數位訊號之設定區相對應之濾波訊號之位元。因此，生物感測器系統10、30之精確度將比其他方法更高。回饋區塊300與調諧電路310可以快速校正生物感測器陣列。在數位域中執行後處理作業可增加使用彈性及可調整性。訊雜比(SNR)亦可因為量化器120之速度而獲得改善。

依據本發明實施例，本發明之一裝置：包括一物感測器、一感測電路電性耦接至生物感測器、一量化器電性耦接至感測電路、一數位濾波器電性耦接至量化器、一選擇窗口電性耦接至數位濾波器，以及一判斷單元電性耦接至選擇窗口。

依據本發明實施例，本發明之一裝置包括：一生物感測器、一感測電路電性耦接至生物感測器、一量化器電性耦接至感測電路、一數位濾波器電性耦接至量化器、一選擇窗口電性耦接至數位濾波器、一回饋路徑電性耦接至量化器、數位濾波器或選擇窗口中之至少其中一者，以及一調諧電路電性耦接至回饋路徑與感測電路與生物感測器中至少一者。

在本文中，用語"或"係用以表示“包含”而非“排除”。此外，用語“一”一般是表示“一個或一個以上”，除了文 中特別說明。同樣的，A與B至少中至少一者，係用以表示A，或表示B，或表示A與B。再者，"包括"、"具有”等用以皆有相同的意義。用語“位於A與B之間”一般是包含A與B的內側。

雖然前文已詳述本發明之實施例及其優點，但可以了解的是，在不脫離本說明書及後附申請專利範圍的精神下，熟悉本技藝人士皆可對其做各種變更與置換。再者，本發明之範圍並非用以限制本發明為說明書中的特定程序、機械、製成物、混合物、手段、方法或步驟。熟悉本技藝人士可由本說明書了解到，現在或未來任何與本發明實施例具有相同功能或達到大致相同結果的程序、機械、製成物、混合物、手段、方法或步驟，皆係依照本發明實施而得。因此，後附之申請專利範圍即在界定前述之程序、機械、製成物、混合物、手段、方法或步驟。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧生物感測器系統

100‧‧‧生物感測器

110‧‧‧感測電路

120‧‧‧量化器

130‧‧‧後處理子系統

131‧‧‧數位濾波器

132‧‧‧選擇窗口

133‧‧‧判斷單元

V‧‧‧電壓訊號

C‧‧‧電容訊號

I‧‧‧電流訊號

D(n)‧‧‧數位輸出訊號

D_Filter(n)‧‧‧濾波數位訊號

D_Sel(m)‧‧‧選擇訊號

D_final‧‧‧判斷訊號

Filter_order‧‧‧數位訊號

Filter_Type‧‧‧第一數位訊號

Start_time‧‧‧啟始時間訊號

End_time‧‧‧結束時間訊號

Claims (10)

1. 一種生物感測器裝置，包括：一生物感測器；一感測電路，電性耦接至該生物感測器；一量化器，電性耦接至該感測電路；一數位濾波器，電性耦接至該量化器；一選擇窗口；以及一判斷單元，電性耦接至該選擇窗口，其中該選擇窗口係耦接於該數位濾波器與該判斷單元之間，用以依據一啟始時間選出該數位濾波器所產生的一濾波訊號之位元，以產生一選擇訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生物感測器裝置，其中該生物感測器係一離子感測場效電晶體(ion-sensitive field effect transistor，ISFET)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之生物感測器裝置，其中該數位濾波器包括一移動平均濾波器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之生物感測器裝置，其中該數位濾波器包括下述其中一者：一帶通濾波器、一低通濾波器或一高通濾波器，其中該數位濾波器之階數可調換，且該數位濾波器之種類可選擇。
5. 一種生物感測器裝置，包括：一生物感測器；一感測電路，電性耦接至該生物感測器；一計量器，電性耦接至該感測電路； 一數位濾波器，電性耦接至該計量器；一選擇窗口，電性耦接至該數位濾波器；一回饋路徑，電性耦接至下述至少一者：該計量器、該數位濾波器，或該選擇窗口；以及一調諧電路，電性耦接至該回饋路徑以及該生物感測器或該感測電路。
6. 如申請專利範圍第5項所述之生物感測器裝置，其中：該調諧電路係電性耦接至一背閘極電壓供應，而該背閘極電壓供應電性耦接至該生物感測器之一背閘極；該調諧電路係電性耦接至一電流供應，該電流供應電性耦接至該感測電路之一放大器；以及該裝置更包括一判斷單元，其電性耦接至該選擇窗口；其中該選擇窗口之一啟始時間與一結束時間可被選擇；其中該數位濾波器具有可選擇的種類及可調整的階數。
7. 一種生物感測方法，包括：(a)將生物材料輸入至一生物感測器；(b)以一感測電路感測該生物感測器對該生物材料之一反應；(c)將該反應轉換成一數位訊號；(d)以一數位濾波器過濾該數位訊號以產生一濾波訊號；以及(e)依據一啟始時間選出該濾波訊號之位元以產生一選擇訊號。
8. 如申請專利範圍第7項所述之生物感測方法，更包括： (f)依據該選擇訊號之分析判斷一生物條件；(g)輸出該生物條件之一指示；(h)將該選擇訊號回饋至一調諧電路；以及(i)依據該選擇訊號調整該生物感測器之偏壓條件。
9. 如申請專利範圍第8項所述之生物感測方法，更包括：(j)依據該選擇訊號調整該感測電路之偏壓條件。
10. 如申請專利範圍第7項所述之生物感測方法，更包括：將該濾波訊號回饋至一調諧電路；以及依據該濾波訊號調整至少該生物感測器或該感測電路之偏壓條件；其中(d)包括選擇該數位濾波器的至少一種類或階數。