GMR生物傳感器及其專用鎖相放大器芯片的設(shè)計(jì).pdf

1、巨磁阻（GMR）生物傳感器是近年來在國內(nèi)外爭相研究的一個新的熱點(diǎn)，由于其可廣泛用于各種生物信息的探測與識別，具有非常重要的研發(fā)價(jià)值。通常，GMR生物傳感器由免疫磁性標(biāo)記、GMR傳感器芯片和以鎖相放大器為核心的檢測輸出電路等三部分組成。其中，GMR傳感器正處在研發(fā)和試用階段，難以同時(shí)滿足在生物檢測中的高靈敏度、低矯頑力等要求；同時(shí)檢測用的商用鎖相放大器存在價(jià)格昂貴以及不宜攜帶等諸多問題，難以滿足生物信號檢測需要。
　　針對上述問題，

2、本論文設(shè)計(jì)了一款用于生物檢測的GMR傳感器芯片，而且考慮到傳感器后端的信號檢測問題，同時(shí)還研發(fā)設(shè)計(jì)了一款專用于GMR生物芯片的鎖相放大器芯片。GMR傳感器芯片作為GMR生物傳感器的核心部件之一，具有高靈敏度、高磁電阻變化率及低矯頑力等優(yōu)點(diǎn)。其專用的鎖相放大器芯片，充分考慮到噪聲抑制問題，將檢測電路中的低噪聲放大器和帶通濾波器完全集成到一起，使GMR生物傳感器更加集成，具有更好的實(shí)用性。
　　本文所設(shè)計(jì)的GMR傳感器芯片在結(jié)構(gòu)方面，

3、包括多項(xiàng)生物檢測所需要的16個傳感單元和一個參考標(biāo)準(zhǔn)單元；同時(shí)利用中科院磁學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)優(yōu)勢和制造平臺，制備出了高靈敏度、高磁電阻變化率及低矯頑力的GMR傳感器芯片，并完成了GMR傳感器芯片的磁場響應(yīng)測試，其結(jié)果表明GMR傳感器芯片與鎖相放大器芯片能達(dá)到噪聲匹配。對于鎖相放大器芯片，采用了正交矢量型鎖相放大器的基本結(jié)構(gòu)，并對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做了如下修改：1、將低噪聲放大器和帶通濾波器完全集成到一起；2、在鎖相放大器參考通道中增加了單轉(zhuǎn)雙

4、電路、倍頻器及方波轉(zhuǎn)換電路。整個芯片包括前置低噪聲放大器模塊、信號檢測與調(diào)制模塊、倍頻及正交方波信號產(chǎn)生模塊和帶隙基準(zhǔn)源模塊。電路設(shè)計(jì)基于0.35μm BiCOMSn阱工藝，采用Cadence Spectre對電路的仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)的芯片能夠檢測幅度低至1μV的有用信號，且具有很強(qiáng)的噪聲擬制能力。此后，在新加坡的Chartered半導(dǎo)體公司流片，并于甘肅天水華天公司完成了芯片封裝；最后，完成了芯片的測試電路設(shè)計(jì)及PCB板研制，結(jié)果表明性