[发明专利]ISFET阵列的放大和读出电路

说明书

一种ISFET阵列的放大和读出电路，其特征在于包括：阵列式开关电容放大电路，与所述ISFET阵列中ISFET器件数量相同，每一开关电容放大电路输入端配置为连接每一ISFET器件漏端，包括由PMOS构成的第一开关；列选择电路，ISFET阵列中各列对应的开关电容放大电路的输出端连通，再通过列选择电路选择输出信号的列；行选择电路，各列对应的开关电容放大电路的PMOS导通开关的栅极连通，再连接行选择电路选择输出信号的行。本发明设计了可以片内放大的高精度，低功耗超大规模ISFET阵列，结合适当的控制方法和后工艺，可以实现新的实用测序芯片的制作。

技术领域

本发明涉及一种半导体微电子领域，并且更特别的，涉及一种ISFET阵列的的放大和读出电路。

背景技术

ISFET器件最初由荷兰科学家Piet Bergveld于1970年发明。经过几十年的发展，于2004年，结合标准CMOS工艺，英国的Mark Milgrew制作出首款ISFET阵列，并且加入其读出电路。2006年，帝国理工学院的Christofer Toumazou利用ISFET成功检测到单核苷酸聚合反应的变化，也将此技术成功引入到基因测序领域。2010年，前世界知名测序仪公司IonTorrent发布其产品Ion Torrent。该测序仪生化反应空间，获取信号的换能器，均在一个电学芯片内完成。如其公司宣传语所展示，“芯片就是测序仪”。在这之外，因为其利用了集成电路的产业优势，使得测序技术的成本大为下降。因此，利用半导体集成电路芯片测序是一个非常有前景的方向。

许多生物测试都有高通量的特点。而对于测序技术，在此基础上，传感器的分辨率和灵敏度也有特别的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明是为了实现一种ISFET阵列设计，本发明提出新的电路设计方式，以及其时钟控制方法。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，一种ISFET阵列的放大和读出电路，其特征在于包括：

阵列式开关电容放大电路，与所述ISFET阵列中ISFET器件数量相同，每一开关电容放大电路输入端配置为连接每一ISFET器件漏端，包括由PMOS构成的第一开关；

列选择电路，ISFET阵列中各列对应的开关电容放大电路的输出端连通，再通过列选择电路选择输出信号的列；

行选择电路，各列对应的开关电容放大电路的PMOS导通开关的栅极连通，再连接行选择电路选择输出信号的行。

进一步的，所述列选择电路包括移位寄存器，用于选择输出信号的列。

进一步的，所述开关电容放大电路还包括：第二开关、第三开关、第一电容、第二电容和放大器，其中所述第一开关一端配置为连接离子敏场效应晶体管源极另一端连接第一电容，第一电容一端与第一开关连接另一端与放大器第二输入端连接，第二开关一端与放大器第二输入端连接另一端与放大器输出端连接，第二电容一端与放大器第二输入端连接另一端与放大器输出端连接，第三开关一端与第一开关连接第一电容的一端连接另一端与共模电平连接，放大器第一输入端与共模电平连接。

进一步的，所述开关电容放大电路还包括：第四开关和第五开关，所述第四开关连接于第二电容和放大器输出端之间；所述第五开关一端与第二电容和第四开关连接的一端连接，另一端与共模电平连接。

进一步的，还包括时序控制模块，所述时序控制模块分别连接第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关，以分别控制各开关的开合。

进一步的，所述ISFET阵列分为上部阵列和下部阵列，相应的还包括上半阵列选择器和下半阵列选择器，用于选择输出信号的下部阵列或上部阵列。

进一步的，还包括复用器，用于连接输出放大后选择出的信号。