適用於電子舌之複合式讀出電路

Compound Readout Circuit Applied for Electronic Tongue

陳俊賓(Jun-Bin Chen)

指導教授 ： 鍾文耀

中原大學/工學院/電子工程研究所/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6840/cycu201100663

摘要

目前生醫研究逐漸朝向電子舌的應用發展，電子舌主要取代人類的味覺，其優點是可以快速分析液相溶液的成分，依據化學反應物質的不同，可分為分子感測及離子感測，而電子舌系統主要由電化學生物感測器為前端讀出元件設計而成，依據其傳導機制的不同，離子感測(氫離子、氯離子及鈉離子等)為電壓式(Potentiometric)，分子感測(葡萄糖及尿素等)為電流式(Amperometric)。
本論文提出應用於電子舌之複合式讀出電路，整合電壓式之ISFET及電流式之葡萄糖讀出電路，並透過準位平移電路、數位至類比轉換器與可程式化增益放大器，提升類比至數位轉換器的轉換效率。目前主要適用於氫離子及葡萄糖的檢測。
複合式讀出電路晶片量測顯示，電壓式之靈敏度與線性度分別為50.538mV/pH、99.9565%，電流式之靈敏度與線性度分別為18.635mV/uA、99.9918%，類比至數位轉換器轉換之數位碼線性度為99.5437%以上。

關鍵字

電子舌 ； 電壓式 ； 數位至類比轉換器 ； 準位平移電路 ； 複合式讀出電路 ； 電流式 ； 可程式化增益放大器 ； 類比至數位轉換器

並列摘要

Currently biomedical research developed towards the application of electronic tongue, and electronic tongue primary to replace human taste. Its advantage is that you can quickly analyze the composition of the liquid solution. According to the different chemical substances, it can be divided into molecular sensing and ion sensing. The electronic tongue system consists of electrochemical sensors for front-end signal readout devices. Based on the different transmission mechanism, ion sensing (hydrogen ion, chloride ion, sodium ion) is potentiometric, and molecular sensing (glucose, carbamide) is amperometric.
This thesis proposes a compound readout circuit applied for electronic tongue, it integrates the readout circuit of potentiometric and amperometric. It enhances the efficiency of analog to digital converter through level shift circuit, digital to analog converter and programmable gain amplifier. Currently it used in the detection of hydrogen ion and glucose.
The chip measurements of compound readout circuit show that the sensitivity and linearity of potentiometric are 50.538mV/pH and 99.9565% respectively. The sensitivity and linearity of amperometric are 18.635mV/uA and 99.9918% respectively. Analog to digital converter performs well in linear conversion, and the linearity is up to 99.5437%.

並列關鍵字

Electronic Tongue ； Potentiometric ； Amperometric ； Compound readout circuit ； Analog to Digital Converter ； Digital to Analog Converter ； Programmable Gain Amplifier. ； Level Shift Circuit

參考文獻

[4] 郭蔡增, “電流式葡萄糖感測器之讀出電路設計”, 中原大學電子碩士論文, Jun.2006.

[8] 王敏嘉, “ISFET感測器之補償機制與可攜式酸鹼度儀設計”, 中原大學電子碩士論文, Jun. 2006.

[18] 劉泰村, “應用於電子舌系統之電位式感測電路設計”, 中原電子碩士論文, Jul. 2008.

[22] 黃昭仁, “低功率可攜式之離子感測酸鹼度計系統晶片設計”,中原大學電子碩士論文, Jun.2007.

[23] Chun-Nan Hsieh,“A Study on Design 5.7GHz Low Noise Amplifier Apply for Application of 802.11a”, Institute of Electronics and Information Engineering National Yunlin University of Science and Technology, Jun.2003.