Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10081
Title: Κυκλώματα ανάγνωσης βιοχημικών διεργασιών με χρήση βιοαισθητήρων BioFET
Other Titles: Read out circuits of biochemical processes using BioFET biosensors
Authors: Φωλιάδης, Αναστάσιος
Keywords: Αισθητήρες
Βιοαισθητήρες
Κύκλωμα ανάγνωσης
Βρόγχος κλειδώματος φάσης
Keywords (translated): Sensors
Biosensors
Read out
Gilbert cell
Phase locked loop
BioFET
ISFET
Abstract: Σε αυτήν την εργασία μελετούμε την τοπολογία ενός κυκλώματος ανάγνωσης για χρήση με έναν βιοαισθητήρα. Σκοπός ενός κυκλώματος ανάγνωσης είναι να μεταφράσει το σήμα του βιοαισθητήρα σε χρήσιμο σήμα το οποίο μας δίνει κάποια πληροφορία και μπορεί να επεξεργαστεί. Ως βιοαισθητήρα, για την παρούσα εργασία, χρησιμοποιούμε το Ion-Sensitive FET (ISFET), το οποίο είναι ένα τρανζίστορ τύπου FET που έχει τη δυνατότητα να αναγνωρίζει την συγκέντρωση των ιόντων σε ένα διάλυμα. Για αυτό το λόγο, το πρώτο κομμάτι της εργασίας αφιερώθηκε στην δημιουργία ενός μοντέλου για το ISFET, το οποίο να είναι κατάλληλο για χρήση σε πρόγραμμα προσομοίωσης. Το μοντέλο αυτό βασίζεται στις φυσικές και χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο διάλυμα που αφορά το ISFET. Τα χαρακτηριστικά ενός κυκλώματος ανάγνωσης πρέπει να είναι η υψηλή ανάλυση και αναγνωρισιμότητα, η ανθεκτικότητα στον θόρυβο και η δυνατότητα για μαζική παραγωγή. Αυτοί οι λόγοι μας οδηγούν στην χρήση ενός Βρόχου Κλειδώματος Φάσης (PLL). Αυτό το κύκλωμα ικανοποιεί τις προδιαγραφές που θέσαμε για το κύκλωμα ανάγνωσης και μπορεί να γίνει ενσωμάτωση του βιοαισθητήρα σε αυτό. Το PLL αποτελείται από έναν ανιχνευτή φάσης, ένα φίλτρο και έναν ταλαντωτή ελεγχόμενο από τάση. Κάθε ένα από αυτά τα στοιχεία παρουσιάζεται και μελετάται στην παρούσα διπλωματική. Συγκεκριμένα, για τον ανιχνευτή φάσης γίνεται χρήση του κυκλώματος Gilbert Cell, το οποίο έχει δείξει ικανοποιητικά αποτελέσματα όταν χρησιμοποιείται για ανάγνωση των σημάτων του ISFET. Επίσης, παρουσιάζουμε την τοπολογία ενός ταλαντωτή ελεγχόμενου από τάση ο οποίος βασίζεται στον ταλαντωτή δακτυλίου. Τέλος, γίνεται η σύνθεση αυτών των επιμέρους στοιχείων με σκοπό την δημιουργία ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος ανάγνωσης. Η μελέτη έγινε με χρήση προσομοίωσης τύπου SPICE και τα αποτελέσματα και οι προσομοίωση παρουσιάζονται στο τελευταίο κεφάλαιο.
Abstract (translated): In this thesis we examine the topology of a readout circuit for biosensing applications. The purpose of the readout circuit is to convert the biosensor's signal to a useful signal that can be measured and provide information. For the current thesis we use the Ion-Sensitive FET as biosensor, which is a FET type transistor and has the property of recognizing the ion concentration of a solution. For this reason, the first part of the thesis is devoted to developing a model for the ISFET, which should be suitable for use in simulation software. This model is based on the physical and chemical reactions that take place in the solution that is in touch with the ISFET. The characteristics of a readout circuit should be high resolution, noise rejection and the potential of mass production. For these reasons we chose the Phase Locked Loop (PLL) topology. This circuit satisfies the specifications we set for the readout circuit and the ISFET sensor can be adapted to it. The PLL circuit consists of a Phase Detector, a filter and a Voltage Controlled Oscillator (VCO). Each one of these circuits is presented and analyzed in this thesis. For the phase detector, the Gilbert Cell block is used, which has shown promising results in sensing ISFET's signals. Also, we present the topology of a VCO, based on the ring oscillator. Finally, these individual circuits are combined in order to create a robust readout circuit. The study was completed using SPICE based simulation software and the results and simulations are presented in the last chapter.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
AFoliadis_Thesis.pdf1.53 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons