ISFET 传感器偏置电路_传感与控制论文
isfet（离子敏感场效应晶体管）可用于测量流体的酸性。精确的测量要求 isfet 的偏置条件（id 和 vds）保持恒定，同时栅极直接接触被测流体。流体的酸性改变通道宽度，从而产生一个与流体的 ph 值成正比例的栅极-源极电压 vgs。图 1 所示电路是一种更简单、更精确的实现方法。电压 va 通过 isfet q1 设定漏极电流 id，而电压 vb 设定 q1 的漏极-源极电压 vds。两个 ad8821 型高精度测量放大器 ic1 和 ic2 均配置得具有等于1的增益。ic3 是 ad8627 型精密 jfet 输入放大器，它缓冲漏极电压 vd，确保流经 r1 的电流全都流经 q1 。
图1，该电路为 isfet（用于测量流体酸性的传感器）提供理想的偏置。
为了控制 id，放大器 ic1 迫使其输出端和参考输入端之间的差分电压等于其差分输入电压 va。由于检测到的差分电压等于 r1 两端的电压，因此 id=va/r1。在 r1 设定为 20kΩ时， id 可按 50ma/v 增减。同样，放大器 ic2 迫使其输出端和参考输入端之间的差分电压等于其差分输入电压 vb，从而迫使 vds 等于 vb。（注意：如果您的设计不需要单独调节 vds 和 id，则电路可以根据一个控制电压来工作。把 va 和 vb 连在一起，并用所要求的电压 vds 来驱动它。于是 r1 等于 vds/id。）有关电压 vgs 介于 ic2 的栅极电压和输出电压之间。该电路有一个很有用特点，即电流源是浮动的，从而使栅极电压能连接到电路的共模范围内的任何电压。该电路的vg 范围是 (va+2-vee)
图2，该配置显示出图1所示电路连接到 adc 时所具有的浮动栅极的优点。
图 2 示出了该电路连接到 ad7790型 差分输入 Σ-Δ adc 时具有的浮动栅极的优点。栅极电压直接连接到 adc 参考引脚。vs（或 vg）端和 adc 输入端之间所需的唯一信号调节电路就是一个简单的 rc 滤波器。在电流大于 1ma 时，电阻器 r1 的 0.1% 误差在电流源误差中占据主导地位，因此，在漏极电流高达250ma 时，r1的0.1%误差就是小于 250 na。vds的误差是由 ic3 的增益误差以及 ic2 和 ic3 的输入偏移电压产生的。漏极-源极电压高达 2v时，漏极-源极电压的误差小于 450mv。
图1，该电路为 isfet（用于测量流体酸性的传感器）提供理想的偏置。
为了控制 id，放大器 ic1 迫使其输出端和参考输入端之间的差分电压等于其差分输入电压 va。由于检测到的差分电压等于 r1 两端的电压，因此 id=va/r1。在 r1 设定为 20kΩ时， id 可按 50ma/v 增减。同样，放大器 ic2 迫使其输出端和参考输入端之间的差分电压等于其差分输入电压 vb，从而迫使 vds 等于 vb。（注意：如果您的设计不需要单独调节 vds 和 id，则电路可以根据一个控制电压来工作。把 va 和 vb 连在一起，并用所要求的电压 vds 来驱动它。于是 r1 等于 vds/id。）有关电压 vgs 介于 ic2 的栅极电压和输出电压之间。该电路有一个很有用特点，即电流源是浮动的，从而使栅极电压能连接到电路的共模范围内的任何电压。该电路的vg 范围是 (va+2-vee)
图2，该配置显示出图1所示电路连接到 adc 时所具有的浮动栅极的优点。
图 2 示出了该电路连接到 ad7790型 差分输入 Σ-Δ adc 时具有的浮动栅极的优点。栅极电压直接连接到 adc 参考引脚。vs（或 vg）端和 adc 输入端之间所需的唯一信号调节电路就是一个简单的 rc 滤波器。在电流大于 1ma 时，电阻器 r1 的 0.1% 误差在电流源误差中占据主导地位，因此，在漏极电流高达250ma 时，r1的0.1%误差就是小于 250 na。vds的误差是由 ic3 的增益误差以及 ic2 和 ic3 的输入偏移电压产生的。漏极-源极电压高达 2v时，漏极-源极电压的误差小于 450mv。