[发明专利]集成CMOS-MEMS的高灵敏谐振式传感器

摘要

本公开提供了一种集成CMOS‑MEMS的高灵敏谐振式传感器，包括：微流道谐振腔、MEMS悬臂梁结构、惠斯通电桥检测电路、CMOS信号处理电路；谐振式传感器集成了MEMS悬臂梁结构和CMOS信号处理电路，惠斯通电桥检测电路输出信号在CMOS信号处理电路内闭环传递并激励MEMS悬臂梁结构谐振；通过获取MEMS悬臂梁结构在吸附待测物前后的频率变化来计算待测物的质量。本公开具有CMOS‑MEMS集成度高、灵敏度高、可大规模制作等特点，相比于同类MEMS器件和电路模块，占用面积减少了近90％，因此，非常适用于便携式检测，尤其是可穿戴系统，能够广泛应用于生物医疗、食品安全、化学化工、航天国防等领域。

主权项

1.一种集成CMOS-MEMS的高灵敏谐振式传感器，其中，包括：/n微流道谐振腔；/nMEMS悬臂梁结构，所述MEMS悬臂梁结构包括自由端和支撑端，所述MEMS悬臂梁结构包括自由端伸入所述微流道谐振腔，所述MEMS悬臂梁结构自由端包括生化反应区，用于与待测物的特异性反应；/n惠斯通电桥检测电路，与所述悬臂梁结构的支撑端连接；/nCMOS信号处理电路，与惠斯通电桥检测电路相连；所述CMOS信号处理电路引出电极用于通信；/n惠斯通电桥检测电路输出信号在CMOS信号处理电路内闭环传递并激励MEMS悬臂梁结构谐振；通过获取所述MEMS悬臂梁结构在吸附待测物前后的频率变化来计算待测物的质量；/n所述CMOS信号处理电路包括：电源管理、第一多路复用器、第二多路复用器、一级放大器、二级放大器、移相器、比较器、锁相环和正弦发生器；/n所述电源管理分别为所述惠斯通电桥式测量电路提供输入信号、所述CMOS信号处理电路提供稳定电源、所述锁相环提供稳定基准信号；/n所述第一多路复用器完成对MEMS悬臂梁结构的独立控制，减少悬臂梁或阵列工作时产生的热噪声；/n所述第二多路复用器完成对电桥的输出信号的独立控制，防止多路信号同时输出产生混乱，提高传感器精度和稳定性；/n所述一级放大器和二级放大器，两级级联放大对传感器获得的微小信号进行有效放大，降低了传感器的检测下限。/n