Circuito de leitura de ISFET melhorado aplicável à leitura de PH: caracterização e comparação

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Castro, Luís Smith Oliveira de
• Outros Autores: http://lattes.cnpq.br/0365728424611698
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Amazonas; Faculdade de Tecnologia; Brasil; UFAM; Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
• Palavras-chave em Português: Topologia de circuito de condicionamento; Transistor de Efeito de Campo Sensível a Íons; Tensão Constante e Corrente Constante; Resistor de polarização; BSIM3V3; ENGENHARIAS: ENGENHARIA ELÉTRICA; ISFET; Circuito de Leitura AIS Complementar; LTSpice IV; Sensibilidade e Linearidade aumentadas; Leitura por Faixas de pH
• Link de acesso: https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/7796

Este trabalho apresenta o projeto a nível de simulações BSIM3V3 de uma topologia de circuito de condicionamento tanto na versão integrada (tecnologia metal-4 polisilício-2 - CMOS 0,35µm) quanto discreta para leitura de sensores ISFET (Transistor de Efeito de Campo Sensível a Íons). A topologia de condicionamento desenvolvida tem algumas vantagens em relação a topologias tradicionais que na maioria são CVCC (Tensão Constante e Corrente Constante) em três aspectos: sensibilidade maior que a convencional (201,736mV/pH x 59mV/pH), linearidade bem próxima de 1. Além de ler pH na faixa de 3 a 12 inteira com sensibilidade de 201,736mV/pH, tal circuito também oferece uma forma de ajuste que permite que suas leituras sejam feitas por faixas, onde deve-se fazer ajustes no dimensional dos transistores N e P na etapa de fabricação (versão integrada) e aplicar diferentes valores de tensão ao seu Eletrodo de Referência para que seja possível a leitura do pH com sensibilidade ainda maior que a convencional com a mesma topologia, porém dimensionada de forma diferente, possibilitando-se atingir a sensibilidade de 480mV/pH. Podemos então ler três faixas intercaladas de pH, por exemplo: faixa 1 - pH 3 a 7; faixa 2 - pH 6 a 10; faixa 3 - 8 a 12.Na versão discreta o mesmo pode ser feito através dos resistores de polarização (RP e RN) do circuito tanto para leitura da faixa de pH 3 a 12 quanto para leitura por faixas (as mesmas faixas 1, 2 e 3). Para tanto pode-se utilizar três circuitos aplicados à uma matriz de ISFETs, cada um com uma tensão de Eletrodo de Referência diferente ou apenas um circuito aplicado a um ISFET com essa mesma tensão microcontrolada. Foram feitas análises de ruído de saída, relação Sinal-Ruído e simulações de Monte Carlo com o objetivo de demonstrar a robustez do circuito a ruídos e variações intrínsecas aos componentes da topologia. Resultados mostram que o circuito tanto em sua versão integrada quanto discreta apresentam resultados bastante satisfatórios às aplicações desejadas com baixa taxa de ruído e robustez a variações nas duas versões apresentadas (integrada e discreta) foi comprovado também que seu funcionamento é similar em ambas as versões do cirucito, validando-se a topologia em si.