ISFET 傳感器偏置電路

　　ISFET（離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管）可用于測(cè)量流體的酸性。精確的測(cè)量要求 ISFET 的偏置條件（ID 和 VDS）保持恒定，同時(shí)柵極直接接觸被測(cè)流體。流體的酸性改變通道寬度，從而產(chǎn)生一個(gè)與流體的 PH 值成正比例的柵極-源極電壓 VGS。圖 1 所示電路是一種更簡(jiǎn)單、更精確的實(shí)現(xiàn)方法。電壓 VA 通過 ISFET Q1 設(shè)定漏極電流 ID，而電壓 VB 設(shè)定 Q1 的漏極-源極電壓 VDS。兩個(gè) AD8821 型高精度測(cè)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 輸入放大器，它緩沖漏極電壓 VD，確保流經(jīng) R1 的電流全都流經(jīng) Q1 。

　　為了控制 ID，放大器 IC1 迫使其輸出端和參考輸入端之間的差分電壓等于其差分輸入電壓 VA。由于檢測(cè)到的差分電壓等于 R1 兩端的電壓，因此 ID=VA/R1。在 R1 設(shè)定為 20kΩ時(shí)， ID 可按 50mA/V 增減。同樣，放大器 IC2 迫使其輸出端和參考輸入端之間的差分電壓等于其差分輸入電壓 VB，從而迫使 VDS 等于 VB。（注意：如果您的設(shè)計(jì)不需要單獨(dú)調(diào)節(jié) VDS 和 ID，則電路可以根據(jù)一個(gè)控制電壓來工作。把 VA 和 VB 連在一起，并用所要求的電壓 VDS 來驅(qū)動(dòng)它。于是 R1 等于 VDS/ID。）有關(guān)電壓 VGS 介于 IC2 的柵極電壓和輸出電壓之間。該電路有一個(gè)很有用特點(diǎn)，即電流源是浮動(dòng)的，從而使柵極電壓能連接到電路的共模范圍內(nèi)的任何電壓。該電路的VG 范圍是 (VA+2-VEE)

圖2，該配置顯示出圖1所示電路連接到 ADC 時(shí)所具有的浮動(dòng)?xùn)艠O的優(yōu)點(diǎn)。

　　圖 2 示出了該電路連接到 AD7790型 差分輸入 Σ-Δ ADC 時(shí)具有的浮動(dòng)?xùn)艠O的優(yōu)點(diǎn)。柵極電壓直接連接到 ADC 參考引腳。VS（或 VG）端和 ADC 輸入端之間所需的唯一信號(hào)調(diào)節(jié)電路就是一個(gè)簡(jiǎn)單的 RC 濾波器。在電流大于 1mA 時(shí)，電阻器 R1 的 0.1% 誤差在電流源誤差中占據(jù)主導(dǎo)地位，因此，在漏極電流高達(dá)250mA 時(shí)，R1的0.1%誤差就是小于 250 nA。VDS的誤差是由 IC3 的增益誤差以及 IC2 和 IC3 的輸入偏移電壓產(chǎn)生的。漏極-源極電壓高達(dá) 2V時(shí)，漏極-源極電壓的誤差小于 450mV。