(57)【要約】  本発明は、回路配置が、センサ電極と第１の回路ユニットとそれに結合された第２の回路ユニットとを含み、第２の回路ユニットがコンデンサを含み、センサ電極が、電位の整合が可能にされるように結合されたコンデンサとセンサ電極を用いて指定のターゲット電位に保たれ、第２の回路ユニットが、コンデンサの電位が基準範囲の外側である場合にこの事象を検出してコンデンサを基準電位にもたらすように構成され、試験又は較正の目的のために、基準電流ソースが、調節可能基準電流をセンサ電極の中に注入し、別の回路ユニットの中に注入される基準電流を測定し、及び／又は基準電流をセンサ電極の異なる部分の中に注入する試験及び／又は較正のための方法及び回路配置に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ電極（６０１）と、前記センサ電極（６０１）に電気的に結合された第１の回路ユニット（６０２）と、第１のコンデンサ（６０４）を含む第２の回路ユニット（６０３）とを含む回路配置（６００）を試験及び／又は較正する方法において、
第１の回路ユニット（６０２）が、電位の整合が可能にされるように結合された第１のコンデンサ（６０４）とセンサ電極（６０１）を用いて指定可能ターゲット電位付近の指定可能な第１の基準範囲にセンサ電極（６０１）の前記電位を保つように構成され、
第２の回路ユニット（６０３）が、第１のコンデンサ（６０４）の前記電位が第２の基準範囲の外側である場合にこの事象を検出し、第１のコンデンサ（６０４）を第１の基準電位にもたらすように構成され、
センサ電極（６０１）では、接続可能基準電流ソース（６２１Ｂ）が設けられ、前記ソースが、前記基準電流ソース（６２１Ｂ）がセンサ電極（６０１）に接続された時に既知の基準電流（Ｒ）を提供する、方法であって、
前記基準電流ソース（６２１Ｂ）は、前記センサ電極（６０１）の中に電流を注入しないように、並びに第１の電流強度を有する第１の基準電流（Ｒ）、及び前記第１の電流強度とは異なる第２の電流強度を有する少なくとも１つの第２の基準電流（Ｒ）を注入するように、調節され、及び／又は
測定結果（Ｍ）が、前記センサ電極（６０１）の短絡及び／又は前記センサ電極（６０１）と前記第１の回路ユニット（６０２）の間の接続問題を決定するために、前記センサ電極（６０１）の中に及び／又は別の回路配置（６００’）のセンサ電極（６０１’）の中に注入される前記基準電流（Ｒ）に依存する方式で発生されて解析され、及び／又は
前記基準電流ソース（６２１Ｂ）は、前記基準電流（Ｒ）を前記センサ電極（６０１）の一方で第１の部分（６０１Ｄ）の中に、他方で別の第２の部分（６０１Ｅ）の中に注入し、好ましくは、前記第１の部分（６０１Ｄ）は、インターデジタル構造の一部を形成し、前記第２の部分（６０１Ｅ）は、前記インターデジタル構造と前記第１の回路ユニット（６０２）の間の接続線又は配線（６０１Ｃ）の領域に設けられる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記基準電流ソース（６２１Ｂ）は、前記基準電流ソース（６２１Ｂ）が特定の予め定められた基準電流（Ｒ）を前記センサ電極（６０１）の中に注入するように予め定められた段階で調節されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記回路配置（６００）は、前記センサ電極（６０１）の中に注入される前記基準電流（Ｒ）及び／又はそれによって引き起こされる前記検出された事象に依存して測定結果（Ｍ）、特に周波数を発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
線形性試験の目的のために、複数の異なる各場合に既知の基準電流（Ｒ）が前記基準電流ソース（６２１Ｂ）によって前記センサ電極（６０１）の中に注入され、全体の注入された前記基準電流（Ｒ）の前記測定結果（Ｍ）の比例的依存性の線形性又はそこからの逸脱が、前記測定結果（Ｍ）に基づいて決定可能である又は決定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記基準電流ソース（６２１Ｂ）がオフに切り換えられた時に決定される前記測定結果（Ｍ）は、特に前記センサ電極（６０１）に隣接する電極への短絡を識別するのに使用され、及び／又は
前記基準電流ソース（６２１Ｂ）がオンに切り換えられた時に決定される前記測定結果（Ｍ）は、インターデジタル構造の接触及び／又は形成を検査するのに使用される、
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の方法。
【請求項６】
複数の異なる各場合に既知の基準電流（Ｒ）が、前記基準電流ソース（６２１Ｂ）によって前記センサ電極（６０１）の中に注入され、前記基準電流（Ｒ）に対応する測定結果（Ｍ）が、前記回路配置（６００）によって決定され、ターゲット値との前記測定結果（Ｍ）の比較が実施され、前記測定結果（Ｍ）を補正するための前記回路配置（６００）の較正が、好ましくは作動に関して前記電流ソースが測定処理中に停止された時に、前記比較に基づいて実施されることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
基準電流（Ｒ）が前記第１の部分（６０１Ｄ）の中に注入される場合の前記測定結果（Ｍ）は、インターデジタル構造の接触を検証するために、基準電流（Ｒ）が前記第２の部分（６０１Ｅ）の中に注入される場合の前記測定結果（Ｍ）と比較され、  特に、異なる前記部分（６０１Ｄ、６０１Ｅ）での同じ注入された基準電流（Ｒ）の事象では、閾値よりも上の前記測定結果（Ｍ）の逸脱が、前記回路配置（６００）が評価中に停止される又は無視される可能性があるような、不正接触に対するインジケータとして分類される、
ことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
複数の回路配置（６００）が設けられ、そのセンサ電極（６０１、６０１’）が、共通のインターデジタル構造を形成し、
基準電流（Ｒ）が、前記基準電流ソース（６２１Ｂ）によって前記回路配置（６００）の一方の前記センサ電極（６０１）の中に注入され、前記回路配置（６００）の他方の前記測定結果（Ｍ）は、前記センサ電極（６０１、６０１’）間の絶縁又は短絡に関して前記回路配置（６００）を検査するのに使用される、
ことを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
センサ電極（６０１）と、前記センサ電極（６０１）に電気的に結合された第１の回路ユニット（６０２）と、第１のコンデンサ（６０４）を含む第２の回路ユニット（６０３）とを有する回路配置（６００）において、
第１の回路ユニット（６０２）が、電位の整合が可能にされるように結合された第１のコンデンサ（６０４）とセンサ電極（６０１）を用いて指定可能ターゲット電位付近の指定可能な第１の基準範囲にセンサ電極（６０１）の前記電位を保つように構成され、
第２の回路ユニット（６０３）が、第１のコンデンサ（６０４）の前記電位が第２の基準範囲の外側である場合にこの事象を検出し、第１のコンデンサ（６０４）を第１の基準電位にもたらすように構成され、
センサ電極（６０１）では、接続可能基準電流ソース（６２１Ｂ）が設けられ、前記ソースが、前記基準電流ソース（６２１Ｂ）がセンサ電極（６０１）に接続された時に既知の基準電流（Ｒ）を前記基準電流（Ｒ）がセンサ電極６０１の中に及び／又は回路ユニット（６０２）の中に注入されるように提供する、回路配置（６００）であって、
回路配置（６００）が、前記基準電流ソース（６２１Ｂ）が前記センサ電極（６０１）の中に基準電流（Ｒ）を注入しないように、並びに第１の電流強度を有する第１の基準電流（Ｒ）、及び前記第１の電流強度とは異なる第２の電流強度を有する少なくとも１つの第２の基準電流（Ｒ）を注入するように、設計され、前記基準電流ソース（６２１Ｂ）は、そのように調節可能であり、及び／又は
回路配置（６００）が、測定結果（Ｍ）を用いて前記センサ電極（６０１）の短絡及び／又は前記センサ電極（６０１）と前記第１の回路ユニット（６０２）の間の接続問題を決定することができるように、前記基準電流ソース（６２１Ｂ）が停止されている時と前記ソースが接続されている時の両方で前記センサ電極（６０１）から前記第１の回路ユニット（６０２）に伝達される電気エネルギを前記測定結果（Ｍ）として決定するように設計され、及び／又は
前記基準電流（Ｒ）が前記センサ電極（６０１）の第１の部分（６０１Ｄ）の中に又は別の第２の部分（６０１Ｅ）の中に注入されるように、前記基準電流ソース（６２１Ｂ）は、前記センサ電極（６０１）の第１の部分（６０１Ｄ）に及び第２の部分（６０１Ｅ）に、選択的に接続可能であり、前記第１の部分（６０１Ｄ）は、インターデジタル構造の一部を形成し、前記第２の部分（６０１Ｅ）は、前記インターデジタル構造と前記第１の回路ユニット（６０２）の間の接続線又は配線（６０１Ｃ）の領域に設けられる、
ことを特徴とする回路配置（６００）。
【請求項１０】
前記基準電流ソース（６２１Ｂ）は、予め定められた段階又は指定された段階で調節可能であることを特徴とする請求項９に記載の回路配置。
【請求項１１】
前記基準電流ソース（６２１Ｂ）は、互いに別々に起動及び停止することができ、それぞれ停止状態で基準電流（Ｒ）を注入せず、起動状態で予め定められた又は指定された基準電流（Ｒ）を注入する、少なくとも２つの電流ソース（６２３、６２４）を含むことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の回路配置。
【請求項１２】
前記電流ソース（６２３、６２４）は、その基準電流（Ｒ）が、前記基準電流（Ｒ）を形成するように合算される方式で前記センサ電極６０１の中に注入される又は注入可能であるように相互接続されることを特徴とする請求項１１に記載の回路配置。
【請求項１３】
前記電流ソース（６２３、６２４）は、好ましくは電流ミラー及び／又はバンドギャップ基準回路を用いて、供給電圧に少なくとも実質的に依存しない基準電流（Ｒ）を発生させるための安定化回路を含むことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の回路配置。
【請求項１４】
回路配置（６００）が、前記センサ電極（６０１）の中に注入される前記基準電流（Ｒ）に基づいて測定結果（Ｍ）、特に周波数を発生させるように設計されることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の回路配置。
【請求項１５】
前記測定結果（Ｍ）は、前記第２の回路ユニット（６０３）に電気的に結合されて検出結果の個数及び／又は時間的シーケンスを計数するように構成された計数要素（６０６）を用いて決定することができ、前記測定結果（Ｍ）は、好ましくは、前記計数された値又はそれによって決定された周波数を有する又はそれによって形成されることを特徴とする請求項１４に記載の回路配置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路配置の試験及び／又は較正に関する。特に、本発明は、請求項１の前文に記載の回路配置を試験及び／又は較正する方法、及び請求項９の前文に記載の回路配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明が基礎とするタイプの回路配置は、一例としてＥＰ  １  ６３６  ５９９  Ｂ１から公知である。
【０００３】
当該タイプの回路配置は、特に、生体センサに対する電位安定化及び測定電流のデジタル化に向けて設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＥＰ  １  ６３６  ５９９  Ｂ１
【特許文献２】ＵＳ  ３，７１１，７７９
【特許文献３】ＵＳ  ４，１９９，７２８
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｈｉｎｔｓｃｈｅ，Ｒ．、Ｐａｅｓｃｈｋｅ，Ｍ．、Ｕｈｌｉｇ，Ａ．、Ｓｅｉｔｚ，Ｒ．著（１９９７年）「Ｓｉ技術で作られた電極を使用するマイクロ生体センサ（Ｍｉｃｒｏｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ｍａｄｅ  ｉｎ  Ｓｉ−ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ  ｉｎ  Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｉｃｓ，  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ａｓｐｅｃｔｓ、Ｓｃｈｅｌｌｅｒ，Ｆ．Ｗ．、Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，Ｆ．、Ｆｅｄｒｏｗｉｔｚ，Ｊ．（編集）、Ｂｉｒｋｈａｕｓｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ  Ｂａｓｅｌ、スイス国、２６７〜２８３ページ
【非特許文献２】ｖａｎ  Ｇｅｒｗｅｎ，Ｐ．他著（１９９７年）「生体化学センサに向けたナノスケール櫛歯配置電極アレイ（Ｎａｎｏｓｃａｌｅｄ  ｌｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｅｎｓｏｒｓ）」、ＩＥＥＥ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、１９９７年６月１６〜１９日、米国シカゴ、９０７〜９１０ページ
【非特許文献３】Ｐａｅｓｃｈｋｅ，Ｍ．、Ｄｉｅｔｒｉｃｈ，Ｆ．、Ｕｈｌｉｇ，Ａ．、Ｈｉｎｔｓｃｈｅ，Ｒ．書（１９９６年）「シリコン加工マイクロ電極アレイを用いたボルタンメトリー多チャネル測定（Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｉｃ  Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｒｒａｙｓ）」、Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｓｉｓ、第８巻、第１０号，８９１〜８９８ページ
【非特許文献４】Ｕｓｔｅｒ，Ｍ．、Ｌｏｅｌｉｇｅｒ，Ｔ．、Ｇｕｇｇｅｎｂｕｈｌ，Ｗ．、Ｊａｃｋｅｌ，Ｈ．著（１９９９年）「非常に低い（最低１ｆＡ）入力電流に対して単一のトランジスタを積分器及び増幅器として使用するＡＤＣ積分（ｌｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ  ＡＤＣ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ａｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ  ａｎｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｆｏｒ  Ｖｅｒｙ  Ｌｏｗ  （１  ｆＡ  Ｍｉｎｉｍｕｍ）  Ｉｎｐｕｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔｓ）」、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ａ／Ｄ  ａｎｄ  Ｄ／Ａ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ストラスクライド大学（英国）、１９９９年７月２７〜２８日、会報第４６６号、８６〜８９ページ、ＩＥＴ
【非特許文献５】Ｂｒｅｔｅｎ，Ｍ．、Ｌｅｈｍａｎｎ，Ｔ．、Ｂｒａｕｎ，Ｅ．著（２０００年）「電気化学トランスデューサからのピコアンペアに対する積分データコンバータ（ｌｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ  ｄａｔａ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｆｏｒ  ｐｉｃｏａｍｐｅｒｅ  ｃｕｒｒｅｎｔｓ  ｆｒｏｍ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）」、ＩＳＣＡＳ  ２０００、ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、２０００年５月２８〜３１日、スイス国ジュネーブ、７０９〜７１２ページ
【非特許文献６】Ｔｈｅｗｅｓ，Ｒ．他著（２００２年）「ＣＭＯＳ上の完全電子ＤＮＡ検出のためのセンサアレイ（Ｓｅｎｓｏｒ  ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  ｆｕｌｌｙ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ＤＮＡ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｎ  ＣＭＯＳ）」、Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、２００２年２月３〜７日、米国サンフランシスコ、３５０〜４７３ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が取り組む課題は、回路配置の信頼性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題は、請求項１に記載の方法又は請求項９に記載の回路配置によって解決される。有利な発展は、従属請求項の主題である。
【０００８】
当該タイプの回路配置は、センサ電極を含む。更に、回路配置は、センサ電極に電気的に結合された第１の回路ユニットを含む。それに加えて、回路配置は、第１のコンデンサを含む第２の回路ユニットを含む。
【０００９】
第１の回路ユニットは、指定可能又は事前定義可能なターゲット電位付近の指定可能又は事前定義可能な第１の基準範囲にセンサ電極の電位を保つように構成される。これは、電位の整合が可能に又は有効にされるように第１のコンデンサとセンサ電極が結合されることによって達成される。
【００１０】
更に、第２の回路ユニットは、第１のコンデンサの電位が第２の基準範囲の外側である場合にこのユニットがこの事象を検出し、第１のコンデンサを第１の基準電位にもたらすように構成される。
【００１１】
接続可能基準電流ソースが、センサ電極に設けられる。この電流ソースは、基準電流ソースがセンサ電極に接続された時に基準電流がセンサ電極の中に又はセンサ電極と第１の回路ユニットの間の電気接続線又は配線の中に注入されるような基準電流を保証することに意図する既知の基準電流を提供する。
【００１２】
言い換えれば、基準電流ソースは、従って、回路配置が正しく機能している時に基準電流ソースが、特に好ましくはセンサ電極及び／又はこの電極を第１の回路ユニットに接続する接続線又は配線を通る第１の回路ユニットの内外への電流の流れを引き起こすように、センサ電極に又はこの電極を第１の回路ユニットに接続する接続線又は配線に電気的に結合される又は結合することができる。
【００１３】
本発明の第１の態様により、回路配置の試験及び／又は較正モードでは、基準電流ソースは、センサ電極及び／又は接続線又は配線の中に電流を注入しないように、並びに第１の電流強度を有する第１の基準電流、及び第１の電流強度とは異なる第２の電流強度を有する少なくとも１つの第２の基準電流を注入するように調節される。
【００１４】
言い換えれば、基準電流ソースは、異なる電流強度に設定する又は電流強度間で調節することができる。好ましくは、異なる電流強度は、回路配置を試験及び／又は較正するために好ましくは連続的に設定又は調節される。
【００１５】
特に、驚くべきことに、異なる電流、すなわち、異なる電流強度を有する電流がそれによって注入される調節可能基準電流ソースが、回路配置の機能に関するより正確な記述を生成することを可能にすることが見出されている。従って、回路配置によって発生された測定結果をそれぞれの電流強度に割り当て、このようにして回路配置によって発生された結果とそれぞれの電流強度との間の関係を生成及び／又は解析することが可能である。
【００１６】
原理的には、測定中に電気化学過程によって発生する可能性があり、第１の回路ユニットの中に流出する可能性があるセンサ電流と回路配置によって生成される結果との間に少なくとも実質的に線形の関係が存在することが望ましい。いずれにしても、測定結果からセンサ電流を確実に結論付けることができるように、センサ電流と測定結果の間の関係を知ることが望ましい。基準電流ソースの調節機能は、関連の回路配置に関して回路配置によって発生される測定結果とセンサ電流との間の関係を決定することを可能にする。この目的のために、正しく機能している場合に、既知の基準電流は、センサ電流として又はセンサ電流を形成する方式で第１の回路ユニットの中に流出する。試験及び／又は較正のために、センサ電流は、従って、好ましくは基準電流によって形成される又は置き換えられる。
【００１７】
実際には、回路配置は連続的に生成され、構成要素特性の変動を受ける。従って、基準電流ソース及び／又はその提案する調節を用いて、関連の回路配置に関する測定結果とセンサ電流の間の線形性、すなわち、線形関係又はこの関係からの逸脱を決定することができる。これに代えて又はこれに加えて、回路配置によって生成される測定結果は、決定された関係に基づいて検査及び／又は補正することができる。従って、提案する方式で調節される又は調節可能な基準電流ソースを使用することによって、回路配置の機能試験と較正の両方が可能になり、それによって回路配置の機能及び測定結果の信頼性が改善される。
【００１８】
独立に実施することもできる本発明の別の態様は、測定結果がセンサ電極の中に注入される電流に依存して発生し、この測定結果が一方で試験されたセンサ電極と他方で別のセンサ電極又は基準電極との間の短絡に関して解析又は検査される方法に関する。これに代えて又はこれに加えて、センサ電極と第１の回路ユニットの間の接続問題は、測定結果を用いて決定される又は決定することができる。
【００１９】
測定結果は、特に、周波数である又はそれに対応する。測定結果は、事象又はその計数によって発生される又はそれに対応することができ、これらの事象又は計数は、注入電流に起因して検出される又は検出可能である。測定結果は、特に好ましくは検出事象の周波数であり、この周波数は、基準電流又はセンサ電流又はこれらの電流強度に依存する。
【００２０】
言い換えれば、本発明のこの態様では、結果的に適正な測定を実施することができるように、センサ電極が意図せずに別の電極に短絡したか否か、及び／又はセンサ電極が第１の回路ユニットに適正に電気的に結合されているか否かに関する検査が行われる。
【００２１】
例えば隣接する回路配置の別の電極へのセンサ電極の短絡が存在する場合に、基準電流ソースによって注入された基準電流のうちの少なくとも一部は、他のセンサ電極の中に又はそこを通って例えば隣接する回路配置の中に流れ出る。これば、期待又は予測されるものよりも低い周波数を有するこの種の測定結果が、この種の短絡が検出されること又は短絡がこの種の結果を用いて検出されることを可能にするように測定結果に見ることができる。測定結果がそれと比較される１又は２以上のターゲット値は、提供する、予め定める、又は指定することができる。逸脱の場合は、障害、特に短絡又は切断を検出することができる。
【００２２】
好ましくは、短絡検出の目的のために、これに加えて隣接回路配置の対応する試験が実施される。測定結果がこれらの回路内の期待値と異なる場合に、これは、これらの回路の中への電流の流出に至る場合があり、これは、これらの回路の測定結果に基づいて決定される又は決定可能である。対応する結果又は実測値がここで達成される場合に、障害対処、例えば、影響を受ける回路配置の停止をトリガすることができる。
【００２３】
回路配置の基準電流ソースが起動される時に、１又は２以上の隣接回路配置の測定結果も好ましくは決定される。これは、基準電流ソースによって注入される基準電流が、この電流が隣接回路配置の中に少なくとも部分的に流出するという条件でこの回路配置によって検出される又は検出することができるように実施される。
【００２４】
対応する試験方法は、一方で測定結果が例えばターゲット値比較を用いて検査され、他方で１又は２以上の隣接回路配置の測定結果が、これらの配置の測定結果に対する基準電流ソースによって注入された電流の効果に関して検査されるように互いに組み合わせることもできる。これは、短絡を検出する時に２倍の確実性をもたらす。
【００２５】
センサ電極と第１の回路ユニットの間の接続問題の場合に、測定結果は基準電流を受けて変化しない又は予想範囲内で変化しないことを仮定しなければならない。基準電流に対する測定結果の依存性が存在しない又は予想されるよりも弱い場合に、接続問題は、ターゲット値比較などを用いて検出することができる又は検出可能とすることができる。
【００２６】
独立に実施することもできる本発明の別の態様では、センサ電極は、インターデジタル構造として公知であるものを好ましくは形成する。インターデジタル構造は、フィンガーと呼ぶストリップ導電体のフィンガー状配置であり、これらのストリップ導電体は、好ましくは、交互するように、しかし、別の電極、特にセンサ電極のフィンガーから直流的に分離されるように電気的に相互接続される及び／又は配置される。
【００２７】
この場合に、基準電流ソースは、好ましくは、基準電流をセンサ電極の第１の部分の中に及び別の第２の部分の中にその両方に注入するのに使用される。この場合に、第１の部分は、好ましくはインターデジタル構造の一部であり、一方で第２の部分は、好ましくは、インターデジタル構造と第１の回路ユニットの間の接続の領域に設けられる。
【００２８】
これは、センサ電極と第１の回路ユニットの間の電気結合を検査又は検証すること、及びこの過程においてインターデジタル構造の領域での接触問題とインターデジタル構造の接続の領域での接触問題との間で区別をつけることを有利に可能にする。
【００２９】
すなわち、基準電流ソースによって提供される基準電流がインターデジタル構造又は第１の部分の中に注入される時に回路配置を用いて第１の測定結果を発生させることが可能である。更に、第２の測定結果は、基準電流ソースが基準電流を第２の部分の中に又はインターデジタル構造と第１の回路ユニットの間の接続部の中に注入する時に決定することができる。これらの測定結果は、接触問題を識別するために、特に、接触問題が引き起こされている領域を位置付けるために個々に解析する、及び／又は互いに関連付ける又は比較することができる。
【００３０】
互いに独立に実施することもできる本発明の上述の態様は、個々に実施することができるが、互いに有利に組み合わせることもできる。
【００３１】
すなわち、例えば、基準電流ソースを用いて第１の基準電流を注入し、別の時間に／続けて第２の基準電流を注入し、各場合に特にターゲット値比較を用いて短絡検査を実施することが可能である。
【００３２】
例えば、異なる第１及び第２の基準電流を注入することによって決定された同様に又は比例的に変化する測定結果の場合に、隣接回路配置のセンサ電極への短絡の存在を結論付けることが可能である。
【００３３】
隣接する回路配置は、２つの隣接回路配置のセンサ電極の短絡の場合に、注入電流がこれらの回路配置の第１の回路ユニット間で少なくとも実質的に均一に分割され、これが第１及び第２の電流強度の両方で測定結果の対応する効果を有するべきであるように、好ましくは、原理的に少なくとも実質的に同一に構成される。これが該当しない場合に、短絡は、明確には識別されず、又は完全ではなく、又は低抵抗性であり、又は隣接回路配置に対して形成されたものではなく、これは、基準電流ソースの異なる電流強度に対応する測定結果に起因して決定される又は決定可能である。
【００３４】
本発明の上述の互いに独立した態様の他の組合せは、対応する方式で有利に可能である。
【００３５】
独立に実施することもできる本発明の別の態様は、試験及び／又は較正モードでセンサ電極及び／又は接続線又は配線の中に電流を注入しない、第１の電流強度を有する第１の電流を注入する、第１の電流強度とは異なる第２の電流強度を有する少なくとも１つの第２の電流を注入する、ように基準電流ソースを調節又は設定することができるように設計された当該タイプの回路配置に関する。
【００３６】
回路配置の測定モードでは、基準電流ソースは、好ましくは、停止される及び／又はセンサ電極から切り離される。
【００３７】
これに代えて又はこれに加えて、回路配置は、別のセンサ電極又は対電極へのセンサ電極の短絡及び／又はセンサ電極と第１の回路ユニットの間の接続問題を測定結果を用いて決定することができるように、基準電流ソースが停止されている時とソースが接続されている時の両方でセンサ電極から第１の回路ユニットに伝達される電気エネルギを測定結果として決定するように設計される。
【００３８】
これに代えて又はこれに加えて、センサ電極は、好ましくはインターデジタル構造を形成し、基準電流ソースは、センサ電流が第１又は第２の部分の中に注入されるようにセンサ電極の第１の部分と別の第２の部分に選択的に接続可能である。好ましくは、第１の部分は、インターデジタル構造の一部を形成し、及び／又は第２の部分は、インターデジタル構造と第１の回路ユニットの間の接続の領域に設けられる。
【００３９】
本発明の意味での基準電流は、好ましくは、既知の及び／又は予め定められた電流である。特に、この電流は、直流又は少なくとも実質的に一定の電流である。これは、基準電流が調節可能であり、そして調節時点で変更することができる可能性を除外しない。しかし、調節過程間では又はそれが調節されない期間では、基準電流は、少なくとも実質的に一定である。基準電流は、特にそれをセンサ電極の中に注入することができる事実によって特徴付けられる。この目的のために、基準電流ソースは、好ましくは、センサ電極に電気的に結合され、特にそれに直流的に取り付けられる又は接続される。このようにして、基準電流ソースは、センサ電極の構造の中に進入する電流を発生させることができる。
【００４０】
本発明の意味でのセンサ電流は、好ましくは、センサ電極から進行して第１の回路ユニットの入力の中に流出する電流である。試験及び／又は較正モードでは、少なくともセンサ電極が適正に製造されて完全に機能する時に、センサ電流が基準電流に対応することが好ましい。センサ電極が適正に製造されず、又は適正に作動していない時に、一部の逸脱が発生する場合がある。これを検出することが本発明の主題である。
【００４１】
サンプルがセンサ電極と接触していない初期状態では、センサ電極は、好ましくは、第１の回路ユニットに専ら接続されて任意的に基準電流ソースに追加的に接続することができる導電構造である。基準電流ソースがセンサ電極から電気的に切り離されている場合に、センサ電極は、従って、他の導電構造への直接電気接触を持たず、すなわち、直流及び／又はＤＣ電圧に対する開放ノードを形成する。これは、実際には、迷走電流、又は漏れ電流、又は沿面電流の存在を除外しない。更に、高周波信号がセンサ電極の中に結合する場合があることは除外されない。
【００４２】
本発明の意味でのストリップ導体は、好ましくは、周囲との特に周囲に位置付けられたサンプルとの電気（galvanic、ガルバニック）接触を確立するように設計された又はそれに適する直流導電性又は金属性で好ましくは細長の要素である。センサ電極は、従って、好ましくは、ストリップ導体によって形成することができる導電面を有する。ストリップ導体は、少なくとも面上に金を含むことができ、又は金で作る又は金で被覆することができる。これはまた、実施形態を参照してより詳細に以下に説明するように、捕捉分子の不動化に関連して有利である。しかし、他のソリューションもここでは可能である。
【００４３】
本発明の意味での電流ソースは、好ましくは、少なくとも実質的に一定の及び／又は指定された、予め定められた、所与の、又は既知の電流を提供する電気回路である。これは、電流ソースの負荷が少なくとも実質的に不変の電流をもたらすように電圧を制御する電流ソース回路を用いて達成することができる。本発明の意味での基準電流ソースは、好ましくは、特にこの種の回路によって実施される実電流ソースである。基準電流ソースは、有限内部抵抗及び／又は高負荷抵抗の事象において回路配置の最大での作動又はバッテリ電圧を発生させる特性を有することができる。電流ソースは、電流ミラー、飽和領域での電界効果トランジスタを用いて、又は当業者に原則的に公知である他の方式で生成することができる。しかし、ここでは他のソリューションもある。
【００４４】
本発明の他の態様及び利点は、特許請求の範囲及び図面を参照する好ましい実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態による回路配置の概略図である。
【図２Ａ】第１の作動状態にある従来技術によるセンサの断面図である。
【図２Ｂ】第２の作動状態にある従来技術によるセンサの断面図である。
【図３Ａ】従来技術によるインターデジタル電極の平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す従来技術によるインターデジタル電極の切断線Ｉ−Ｉ’に沿った断面図である。
【図４Ａ】従来技術による第１の作動状態にある酸化還元サイクル原理に基づく生体センサを示す図である。
【図４Ｂ】従来技術による第２の作動状態にある酸化還元サイクル原理に基づく生体センサを示す図である。
【図４Ｃ】従来技術による第３の作動状態にある酸化還元サイクル原理に基づく生体センサを示す図である。
【図５】酸化還元サイクル過程の関連でのセンサ電流の関数曲線である。
【図６Ａ】本発明の第２の実施形態による回路配置の概略図である。
【図６Ｂ】本発明の第３の実施形態による回路配置の概略図である。
【図７】本発明の更に別の実施形態による回路配置の概略図である。
【図８】基準電流及び測定結果を時間に対して概略的にプロットしたダイアグラム又はグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下では、本発明による回路配置の第１の好ましい実施形態を図１を参照しながら説明する。
【００４７】
図１に示している回路配置１００は、センサ電極１０１と、センサ電極１０１に電気的に結合された第１の回路ユニット１０２と、第１のコンデンサ１０４を含む第２の回路ユニット１０３とを含む。
【００４８】
好ましくはポテンショスタットである第１の回路ユニット１０２は、第１のコンデンサ１０４とセンサ電極１０１とを電位の整合（フィードバック制御に向けた電流の流れを用いた）が可能であるように結合することによってセンサ電極１０１の電位を指定可能なターゲット電位付近の指定可能な第１の基準範囲内に保つように好ましくは構成される。
【００４９】
更に、第２の回路ユニット１０３は、第１のコンデンサ１０４の電位が第２の基準範囲の外側である場合にこの事象を検出し、第１のコンデンサ１０４を第１の基準電位にもたらすように好ましくは構成される。
【００５０】
図１に更に示しているように、センサ電極１０１の面上に捕捉分子１０５が不動化され、この不動化は、回路配置の較正及び／又は試験の前又は後に発生することが可能である。
【００５１】
図１の捕捉分子１０５は交雑済みのものであり、又は各々が酵素ラベル１０７を好ましくは含む検出される分子１０６と交雑するように設計される。
【００５２】
図２Ａ及び図２Ｂは、文献［１］に説明されており、本発明が好ましくは基礎とする生体センサチップを示している。
【００５３】
好ましくは、センサ２００は、特に金で作られた２つの電極２０１、２０２を含み、これらの電極は、電気絶縁材料で作られた絶縁体層２０３の中に埋め込まれる。
【００５４】
電極２０１、２０２には、電極接続部２０４、２０５が好ましくは接続され、これらの接続部によって電極２０１、２０２に電位を印加することができる。
【００５５】
電極２０１、２０２は、平面電極として好ましくは設計される。
【００５６】
例えば、各電極２０１、２０２上にはＤＮＡプローブ分子２０６（捕捉分子とも呼ぶ）が不動化される（図２Ａを参照されたい）。この不動化は、金−硫黄結合の原理に従って好ましくは発生する。電極２０１、２０２上には試験される分析物、例えば溶液２０７、特に電解液２０７が付加される。
【００５７】
溶液／電解液２０７が、ＤＮＡプローブ分子２０６の配置と相補的な塩基配置、すなわち、キーロック原理に従って捕捉分子と立体的に整合する塩基配置を有するＤＮＡ鎖２０８を含有する場合に、これらのＤＮＡ鎖２０８は、ＤＮＡプローブ分子２０６と交雑する（図２Ｂを参照されたい）。
【００５８】
ＤＮＡプローブ分子２０６とＤＮＡ鎖２０８との交雑は、関連のＤＮＡプローブ分子２０６の配置と対応するＤＮＡ鎖２０８の配置とが互いに相補的な場合にのみ発生する。そうではない場合には交雑は発生しない。従って指定配置のＤＮＡプローブ分子は、特定のＤＮＡ鎖、すなわち、それぞれ相補的な配置を有するＤＮＡ鎖としか結合する、すなわち交雑する、ことができず、センサ２００の高度の選択性が生じる。
【００５９】
図２Ｂに見ることができるように、交雑が発生する場合に、電極２０１と２０２との間のインピーダンス値が変化する。このインピーダンス変化は、電極接続部２０４、２０５に適切な電圧を印加すること、及びそこから生じる電流をセンサ電流Ｓとして検出することによって好ましくは検出される。
【００６０】
交雑の場合に、電極２０１と２０２との間のインピーダンスが変化する。この変化は、ＤＮＡプローブ分子２０６と、それと交雑する可能性があるＤＮＡ鎖２０８との両方が溶液／電解液２０７よりも低い導電率を有し、従って関連の電極２０１、２０２を好ましくは電気的に一部遮断することに起因する。
【００６１】
測定精度を改善するために、複数の電極対２０１、２０２を使用し、これらの電極対を互いに対して平行であるように配置し、好ましくは、平面図を図３Ａに示して図３Ａの切断線Ｉ−Ｉ’に沿った断面図を図３Ｂに示すインターデジタル電極３００として公知のものを生じるように互いに組み合わせる又は噛み合う方式で配置することが文献［２］から公知である。
【００６２】
更に、高分子生体分子を検出するための還元酸化リサイクル過程の原理が、例えば文献［１］及び［３］から公知であり、好ましくは本発明の基礎からも公知である又はこれら公知のものに対応する又はこの原理をこれら公知のものと組み合わせることができる。以下では還元酸化リサイクル過程を酸化還元サイクル過程とも呼び、下記で図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃを参照しながらより詳細に説明する。
【００６３】
図４Ａは、絶縁体層４０３上に付加された又はその中に埋め込まれた第１の電極４０１と第２の電極４０２とを含む生体センサ４００を示している。第１の電極４０１上には保持領域４０４が付加される又は設けられる。保持領域４０４は、第１の電極４０１上でＤＮＡプローブ分子４０５を不動化するために使用される。この種の保持領域は、第２の電極４０２上には好ましくは設けられない。
【００６４】
不動化済みＤＮＡプローブ分子４０５の配置と相補的な配置を有するＤＮＡ鎖４０７を生体センサ４００を用いて検出すべき場合に、相補的配置を有し、試験される溶液４０６中に含有される可能性があるＤＮＡ鎖４０７がＤＮＡプローブ分子４０５の配置と交雑することができるように、センサ４００は、試験される溶液４０６、例えば電解液と接触状態に入れられる。
【００６５】
図４Ｂは、検出されるＤＮＡ鎖４０７が試験される溶液４０６中に含有され、ＤＮＡプローブ分子４０５と交雑した場合を示している。
【００６６】
試験される溶液４０６中のＤＮＡ鎖４０７は、酵素４０８などによって好ましくはマーク付けされ、それによって以下で説明する分子を少なくとも１つが酸化還元活性を有する部分分子へと開裂させることができる。通常、試験される溶液４０６中に含有される決定されるＤＮＡ鎖４０７の存在数よりもかなり大量のＤＮＡプローブ分子４０５が与えられる。
【００６７】
試験される溶液４０６中に含有される可能性があるＤＮＡ鎖４０７が酵素４０８と一緒に不動化済みＤＮＡプローブ分子４０５と交雑された後に、生体センサ４００は好ましくは洗浄され、その結果、未交雑のＤＮＡ鎖が除去され、生体センサ（チップ）４００から試験される溶液４０６が洗除される。洗浄に使用される洗浄溶液又は更に別のフェーズ中に別個に提供される溶液４１２には、交雑済みＤＮＡ鎖４０７上の酵素４０８を用いて第１の部分分子４１０と第２の部分分子へと開裂させることができる分子４０９を含有する非荷電物質が好ましくは添加される。２つの分子のうちの一方は好ましくは酸化還元活性を有する。
【００６８】
図４Ｃに示しているように、例えば負荷電の第１の部分分子４１０は、図４Ｃに矢印４１１で示しているように正荷電の第１の電極４０１に向かって好ましくは引き寄せられる。これに代えて又はこれに加えて、負荷電の第１の部分分子４１０は拡散過程によって第１の電極４０１に到達する可能性もある。
【００６９】
負荷電の第１の部分分子４１０は、正電位を有する第１の電極４０１において酸化され、酸化型部分分子４１３として負荷電の第２の電極４０２に引き寄せられ、そこで再度還元される。還元された部分分子４１４は、今度は正荷電の第１の電極４０１へと移動する。このようにして、酵素４０６によってそれぞれ発生する電荷担体の個数に比例する循環電流が発生する。
【００７０】
この方法によって評価される電気パラメータは、図５のダイアグラム又はグラフ５００に略示しているように時間ｔの関数としての電流変化ｍ＝ｄＩ／ｄｔである。
【００７１】
図５は、時間５０２に依存する電流５０１の関数を示している。結果として生じる曲線形状５０３は、時間的推移に依存しないオフセット電流ＩOffset５０４を有する。オフセット電流ＩOffset５０４は、生体センサ４００の非理想性又は不完全性に起因して発生する。オフセット電流ＩOffsetの重大な原因は、ＤＮＡプローブ分子４０５による第１の電極４０１の覆いが理想的ではない、すなわち、完全には高密でないことである。ＤＮＡプローブ分子４０５による第１の電極４０１の完全に高密な覆いの場合に、不動化済みＤＮＡプローブ分子４０５から生じるいわゆる二重層キャパシタンスに起因して、第１の電極４０１と試験される導電性溶液４０６との間の実質的にキャパシタンス性の電気結合が生じることになる。しかし、不完全な覆いは、第１の電極４０１と試験される溶液４０６との間にとりわけ抵抗性の部分を含む寄生電流経路を生じる。
【００７２】
しかし、酸化還元過程を可能にするためには、荷電部分分子、すなわち、負荷電の第１の部分分子４１０が、電気力及び／又は拡散過程の結果として第１の電極４０１に到達することができるようにＤＮＡプローブ分子４０５による第１の電極４０１の覆いは全く完全であってはならない。その一方で、この種の生体センサの可能な最大の感度を達成するのと同時に可能な最小の寄生効果を達成するためには、ＤＮＡプローブ分子４０５による第１の電極４０１の覆いが十分に高密でなければならない。この種の生体センサ４００によって決定される実測値の高度な再現性を達成するためには、両方の電極４０１、４０２が、酸化還元サイクル過程の関連での酸化還元過程に対して十分に大きい面を常に与えなければならない。
【００７３】
高分子生体分子は、例えば、蛋白質、ペプチドである又はそれぞれ指定された配置のＤＮＡ鎖でもあるとして理解されるものとする。蛋白質又はペプチドを高分子生体分子として検出すべき場合に、第１の分子及び第２の分子は、好ましくはリガンドであり、例えば、検出される蛋白質又はペプチドを対応するリガンドが上部に配置された関連の電極に結合する可能な結合活性を有する活性物質である。
【００７４】
酵素作動薬、医薬、砂糖、又は抗体、又は特定的に蛋白質又はペプチドを結合する能力を有するいずれか他の分子をリガンドとして使用することができる。
【００７５】
生体センサによって検出することが意図される指定配置のＤＮＡ鎖が高分子生体分子として使用される場合に、第１の電極上で生体センサを用いて、指定配置のＤＮＡ鎖を分子として、その配置と相補的な配置を有するＤＮＡプローブ分子と交雑することができる。
【００７６】
プローブ分子（捕捉分子とも呼ぶ）は、リガンド又はＤＮＡプローブ分子として理解されるものとする。
【００７７】
図５の直線５０３の傾きに対応する上記で紹介した値ｍ＝ｄＩ／ｄｔは、測定電流を検出するために使用される電極の長さと幅とに依存する。従って、値ｍは、使用される電極の長手延び幅にほぼ比例し、例えば、第１の電極２０１及び第２の電極２０２の場合に、図２Ａ及び図２Ｂにおける作図面に対して垂直な長さに比例する。複数の電極が並列に、例えば公知のインターデジタル電極配置（図３Ａ、図３Ｂを参照されたい）で接続される場合に、測定電流の変化は、並列接続されたそれぞれの電極の個数に比例する。
【００７８】
しかし、測定電流の変化の値は、センサによって検出可能なダイナミックレンジと呼ぶ電流範囲である様々な影響に起因して非常に大幅に変動する値範囲を有する場合がある。五十倍の電流範囲がしばしば望ましいダイナミックレンジとして挙げられる。大幅な変動は、センサ幾何学構成に加えて生化学的制約条件によっても引き起こされる場合がある。従って、検出される様々なタイプの高分子生体分子が、結果として生じる測定信号、すなわち、特に測定電流及びその時間的変化に対して非常に異なる値範囲を引き起こす場合があり、更にこれは、必要とされる全体のダイナミックレンジの拡大、並びに下流の均一な測定電子機器と併せた指定電極構成に対する対応する要求を生じると考えられる。
【００７９】
この種の回路の大きいダイナミックレンジに対する要求は、所要のダイナミックレンジ内で十分に正確かつ確実に作動するためには測定電極が高価で複雑であることを意味する。
【００８０】
更に、オフセット電流ＩOffsetは、多くの場合、全体の測定所要時間にわたる測定電流の時間的変化ｍよりもかなり大きい。この種のシナリオでは、非常に小さい時間依存変化を大きい信号の中から高精度で測定しなければならない。これは、使用される測定計器に対して非常に高い要求が課され、測定電流の検出が困難、複雑、かつ高価になる。このことも、センサ配置の小型化の試みに立ちはだかる。
【００８１】
要するに、ダイナミックレンジに対する要求、従ってセンサ事象を検出するための回路の品質に対する要求が極めて高い。
【００８２】
回路設計では、使用される構成要素における非理想性又は不完全性（ノイズ、パラメータ変動）をこれらの構成要素に対してこれらの非理想性又は不完全性が可能な限り僅かな効果しか発揮しない回路内の作動点を選択することで算入することが公知である。
【００８３】
しかし、回路を大きいダイナミックレンジにわたって作動させるべき場合に、全ての範囲にわたって最適な作動点を維持するのが益々困難で複雑になり、従って高価になる。
【００８４】
例えばセンサにおいて生じるもの等の小さい信号電流は、増幅器回路を用いて例えば外部デバイスへの信号電流の転送を可能にする又は内部における定量化を可能にするレベルまで上昇させることができる。
【００８５】
耐干渉性の理由から、更にユーザの使い勝手の目的で、センサと評価システムとの間のデジタルインターフェースが有益である。従ってアナログ測定電流は、センサの近くで予めデジタル信号に変換しておくべきであり、この変換は、組み込みのアナログからデジタルへのコンバータ（ＡＤＣ）によって達成することができる。アナログの小電流信号をデジタル化するためのこの種の組み込み設計構想は、例えば［４］に説明されている。
【００８６】
所要のダイナミックレンジを達成するためには、ＡＤＣは、相応に高い分解能と十分に高い信号対ノイズ比とを持たなければならない。更に、この種のアナログからデジタルへのコンバータをセンサ電極の直近に組み込むのはかなりの技術的難題であり、対応する処理実施は複雑で高価である。更に、このセンサ内で十分に高い信号対ノイズ比を達成するのは極めて困難である。
【００８７】
［５］は、５ｎＡの最大入力電流範囲と１ｐＡ程度の分解能とに向けて構成された電流モードのアナログからデジタルへのコンバータを開示している。
【００８８】
［６］は、時変信号の傾きを決定して特性評価するためのデバイスを開示している。
【００８９】
［７］は、事前決定時間における信号の傾きが事前決定値よりも大きい又は等しいか否かを決定するために電気信号を追跡するための電子回路を開示している。
【００９０】
［８］は、制御回路によって電位が調節されるセンサ電極と集電極とを有するセンサを開示している。
【００９１】
上部に不動化された捕捉分子１０５を含む図１に示しているセンサ電極１０１は、酸化還元サイクルの原理に従って機能する（図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃを参照されたい）。従って図１は、試験される液中に酵素ラベル１０７によって発生し、第１のセンサ電極１０１から回路配置１００へと結合されるセンサ電流を発生させる荷電粒子１０８を示している。
【００９２】
これらのセンサ電流は、センサ電極１０１の電位を特徴的な方式で変化させる。この電位は、第１の回路ユニット１０２の第１の制御ユニット１０９の入力に好ましくは印加される。
【００９３】
第１の回路ユニット１０２、特に第１の制御ユニット１０９は、ターゲット電位からのセンサ電極電位の十分に大幅な逸脱の場合に第１のコンデンサ１０４とセンサ電極１０１との間で電荷担体が移動されることによってセンサ電極１０１が指定可能な定電位に留まることを好ましくは保証する。このことを図１に第１の制御ユニット１０９によって（フィードバック）制御することができる制御可能な抵抗性抵抗器１１０を用いて略示している。
【００９４】
図示している回路ブロックは、センサ電極１０１における電圧が一定に留まるようにコンデンサ１０４とセンサ電極１０１との間の電流の流れを制御する好ましくはアナログの制御ループである。
【００９５】
電流の流れの連続的な（フィードバック）制御は、制御可能抵抗器１１０を用いて可能にされる。センサの面上における十分に大量のセンサ事象に起因してセンサ電極１０１の電位が第１の基準範囲の外に出た場合に、第１の回路ユニット１０２、特に第１の制御ユニット１０９が、第１のコンデンサ１０４とセンサ電極１０１との間で電位を整合させることができるようにセンサ電極１０１と第１のコンデンサ１０４との間の電流の流れが増減することを保証する。
【００９６】
好ましくは、従って、センサ電極１０１と第１のコンデンサ１０４との間の電流の流れが可能にされるように制御可能抵抗器１１０の抵抗値が第１の回路ユニット１０２の第１の制御ユニット１０９によって増減される。このシナリオでは、電荷は、第１のコンデンサ１０４とセンサ電極１０１との間を行き来して流れることができる。
【００９７】
この電荷移動に起因して第１のコンデンサ１０４の電位が第２の基準範囲の外に出た場合に、この事象は、第２の回路ユニット１０３によって、特に、比較器を好ましくは含むこの回路ユニットの第２の制御ユニット１１１によって検出される。図１に示しているように、この検出は、第２の制御ユニット１１１の出力において電気パルス１１２が発生する段階で構成される又はこの段階を含むことができる。
【００９８】
更に、第１のコンデンサ１０４の電位が第２の基準範囲の外に出た場合に、第１のコンデンサ１０４は、第２の回路ユニット１０３、特にその第２の制御ユニット１１１によって第１の基準電位にされる。このことを図１に第２の回路ユニット１０３の第２の制御ユニット１１１によって信号がトリガされた結果として更に別のスイッチ１１３が閉じ、その結果、第１のコンデンサ１０４が電圧ソース１１４に電気的に結合され、結果として第１のコンデンサ１０４が電圧ソース１１４によって定義された第１の基準電位にされることで示している。
【００９９】
検出されるセンサ電流が事前のアナログ増幅又は利得なしにこの電流に比例する周波数に変換されることにおいて回路配置１００の基本設計構想を具体例として見ることができる。回路配置１００を使用することで、センサ電極１０１における電位が一定に保たれ、そのために必要とされる電荷（正号又は負号を有する）がキャパシタンスＣを有するコンデンサ１０４から引き出される。第１のコンデンサ１０４とセンサ電極１０１との間の電流の流れＩに起因する電荷の引き出しを時間ｔにわたって積分した式（１）のΔＱ：
【数１】
2020535422.tif 000003
の結果として、第１のコンデンサ１０４に印加される電圧ΔＵは、式（２）の関係：
【数２】
2020535422.tif 000004
に従って変化する。第１のコンデンサ１０４に印加される電圧は、閾値回路を用いて好ましくは監視される。指定値又は所定値が超えられた場合又はこの電圧がこの値を下回った場合に、回路はスイッチ１１３を閉じるデジタルインパルス又はデジタルパルス１１２をトリガし、その結果、コンデンサ１０４における電圧が指定値又は所定値へとリセットされる。それによって閾値回路からセンサ電流とも呼ぶ信号電流に比例する周波数を有するパルスシーケンスが生じる。
【０１００】
図１を参照しながら上記で説明したように、電気化学センサを作動させるために、回路配置１００は、２つの回路ユニット１０２、１０３を実質的に含む。第１の回路ユニット１０２は、センサ電極１０１に印加される電位（すなわち、基準点に対する電圧）を制御及び／又は監視する。
【０１０１】
例えば、センサ電極１０１の電位を基準電位と比較し、センサ電極１０１と第１のコンデンサ１０４との間の電流の流れをセンサ電極１０１の電位が一定に留まるように制御するために演算増幅器を使用することができる。
【０１０２】
好ましくは、センサ電流を整合させるために必要とされる対向電流は、説明したように第２の回路ユニット１０３の第１のコンデンサ１０４から引き出される。第１のコンデンサ１０４における電圧は、第２の回路ユニット１０３内で閾値回路、例えば比較器回路を用いて監視される。第１のコンデンサ１０４に印加される電位の第２の基準範囲を超えた、下回った、又は満たさない場合に、第２の回路ユニット１０３はリセットパルスを放出する。好ましくは固定の時間長のものであるこのデジタルパルスは、コンデンサ１０４の電位（又は２つのコンデンサ板の間の電圧）を第１の基準電位へとリセットする。対向電流はこの時間中に電圧ソース１１４から引き出されることから、パルスは一定の長さのものでなければならない。この不感時間は、実測周波数を減少させ、この時間が無視することができる程に小さくない限り、データを評価する時に算入しなければならない。
【０１０３】
不感時間が無視することができる程には小さくない及び／又はそれを補償すべきシナリオでは、回路のリセットに起因する測定誤差を最小限に抑えるために、説明する方式で交互に作動される２つ（又は３以上）のコンデンサを設けることができる。１つの（能動）コンデンサがセンサ電流によって充電される場合に、この時間間隔での他の（受動）コンデンサが第１の基準電位へとリセットされる。能動コンデンサにおける電位が指定値又は所定値を超えた場合に、第２の回路ユニット１０３は、リセットパルスを即座には好ましくはトリガせず、代わりに２つのコンデンサの間で最初に切り替えを行い、その後に初めてこの段階では受動的なコンデンサをリセットする。この手法は、センサ電流が電圧ソースから決して直接的には引き出されず、代わりに電荷貯留器としての機能を達成するコンデンサから常に引き出されることを意味する。
【０１０４】
再度図１を参照すると、リセット処理は、リセット処理中に第１のコンデンサ１０４を指定可能な電位まで放電する（例えばコンデンサを完全に放電する）スイッチングトランジスタを用いて好ましくは実施される。第１の基準電位は好ましくは接地電位である。放電の後に、センサ電流が第１のコンデンサ１０４を再度充電する。第１のコンデンサ１０４における電圧の時間依存性を次式で表すことができる。
【数３】
2020535422.tif 000005
【０１０５】
後に図５を参照しながら説明するように、センサ電極１０１から放電されるセンサ電流ＩSensorは、一定のオフセット部分ＴOffsetと、次式のように時間に伴って（理想的に）線形に増加する信号電流とを有する。
【数４】
2020535422.tif 000006
【０１０６】
式（４）を式（３）に代入して積分を計算すると、第１の時点ｔ1と第２の時点ｔ2との間に蓄積する電圧が次式として生じる。
【数５】
2020535422.tif 000007
【０１０７】
従って特定の電圧差ΔＵが蓄積される時間間隔Δｔは次式で与えられる。
【数６】
2020535422.tif 000008
【０１０８】
この場合に、ｔは、注目する間隔の平均時間、すなわち、次式となる。
【数７】
2020535422.tif 000009
【０１０９】
従って十分に短い間隔Δｔの範囲内で測定される周波数ｆは、コンデンサをリセットする時の不感時間ｔを無視する（ｔdead≪Δｔ）と次式を生じる。
【数８】
2020535422.tif 000010
【０１１０】
この周波数ｆは、回路配置１００から（例えば、回路配置が半導体基板の中に組み込まれている場合にはチップから）デジタル信号として直接に送り出し、更に処理する又は評価することができる。式（８）は、周波数ｆが、センサ電極１０１のオフセット電流ＩOffsetに起因する一定部分を有することを示している。式（８）の２番目の項は、時間に伴って線形に増加する（正確に線形に増加する電流信号という仮定が当然ながら理想的である）周波数部分を表し、この部分は、酸化還元サイクル原理に従うセンサ事象に起因し、実際の測定変数ｍを含有する。
【０１１１】
測定電流の時間的変化に対応する決定される変数ｍは、例えば、指定時間間隔ΔｔMess＝ｔB−ｔAにおいて２回の周期測定又は周波数測定を実施することによって得られる。ｔA又はｔBをそれぞれ式（８）に代入し、結果として得られる周波数ｆA又はｆBを互いに減算すると、周波数差Δｆとして次式が得られる。
【数９】
2020535422.tif 000011
【０１１２】
その結果、変数ｍは次式で与えられる。
【数１０】
2020535422.tif 000012
【０１１３】
従って、変数ｍは、センサの出力周波数の２つの測定値から直接に決定することができ、特にこの変数ｍは、図５の電流−時間曲線形状５０３の傾きである。
【０１１４】
説明した周波数又は周期幅の測定の代替として、第２の回路ユニット１０３、特に第２の制御ユニット１１１のパルス１１２をパルス１１２の個数又は時間的シーケンスを加算し、これを経過時間間隔Δｔの個数を符号化するバイナリワードへと好ましくは変換する計数要素６０６（図６Ａ及び図６Ｂの例証的実施形態に示している）の入力に提供することが可能である。
【０１１５】
この種の計数要素６０６は、第１のコンデンサ１０４のリセットパルス１１２を指定時間にわたって計数し、外部パルスに続いて計数器読取値をデジタルに出力し、その後、計数要素６０６自体をリセットすることができる。
【０１１６】
良好な近似において、時点ｔc1とｔc2とによって定義される期間ｔCount＝ｔc2−ｔc1の満了後の回路配置の計数要素６０６の（計数器）読取値ｎは次式で与えられる。
【数１１】
2020535422.tif 000013
【０１１７】
周波数測定値からのｍの決定に関して上記で開示したものによると、（計数器）読取値ｎの少なくとも２つの測定値が必要であり、これらの測定値からＩOffsetと変数ｍとの両方は、式（１１）を用いて決定することができる。
【０１１８】
本発明の回路配置１００の中に計数要素６０６を組み込む利点は、結果として得られる測定結果の自動時間平均化である。予測される小センサ電流の場合に、特に生体分子を検出する時に実測変数の瞬間値の変動（例えばノイズ効果等に起因する）が起こり得ることから、平均化は特に有利である。
【０１１９】
回路配置１００の好ましい実施形態によると、第２の回路ユニット１０３は少なくとも１つの第２のコンデンサを含み、回路配置１００は、少なくとも１つの第２のコンデンサのうちのいずれか１つ、又は第１のコンデンサ、又はこれらのコンデンサのうちの少なくとも２つが回路配置１００に同時に接続されるように構成される。
【０１２０】
特に、ダイナミックレンジを拡大するために及び測定精度を改善するために、切り替え可能ストレージキャパシタンスが与えられる。センサ電極１０１が、高い出力周波数を生じることになる高いセンサ電流を送出する場合に、更に別のコンデンサを例えば第１のコンデンサ１０４と並列に接続することができる。それによって出力周波数が減少し、従って第１のコンデンサ１０４をリセットする時の不感時間に起因して起こり得る測定の不正確さが減少する。このようにして得られる測定範囲の切り替えに加えて、コンデンサ電圧が振動する間隔ΔＵを変更することもできる。それによって測定範囲を連続的に調整することが可能にする。
【０１２１】
以下では、本発明が好ましくは基礎とする第２の好ましい実施形態による回路配置６００を図６Ａを参照しながら説明する。前述の図に関連して開示した態様は、この場合にも相応に適用可能又は実施可能とすることができる。特に、センサ電極１０１、６０１、第１の回路ユニット１０２、６０２、第２の回路ユニット１０３、６０３、第１のコンデンサ１０４、６０４、及び同様のもの等の同様又は同一の構成要素は、同じ又は対応する特徴及び利点を有することができる。
【０１２２】
回路配置６００は、センサ電極６０１と、それに電気的に結合された第１の回路ユニット６０２と、第１のコンデンサ６０４を含む第２の回路ユニット６０３とを含む。
【０１２３】
第１の回路ユニット６０２は、第１のコンデンサ６０４とセンサ電極６０１とを電位の整合が可能であるように結合することによって指定可能ターゲット電位付近の指定可能な第１の基準範囲内にセンサ電極６０１の電位を保つように好ましくは設計される。
【０１２４】
更に、第２の回路ユニット６０３は、第１のコンデンサ６０４の電位が第２の基準範囲の外側である場合にこの事象を検出し、第１のコンデンサ６０４を第１の電圧ソース６０５によって提供される第２の回路ユニット６０３の第１の基準電位にもたらすように好ましくは設計される。
【０１２５】
更に、回路配置６００は、第２の回路ユニット６０３に電気的に結合され、事象の個数及び時間的シーケンスを計数するように構成された計数要素６０６を好ましくは含む。
【０１２６】
更に、第１の回路ユニット６０２は、２つの入力と１つの出力とを有する第１の比較器要素６０７を好ましくは含み、第１の入力は、それがセンサ電極６０１の電位にあるようにセンサ電極６０１に結合される。
【０１２７】
第２の入力は、好ましくは、ターゲット電位（又は第１の基準電気範囲）を定義する第３の基準電位にされる。第１の比較器要素６０７の第２の入力に印加される第３の基準電位は、第２の電圧ソース６０８によって提供される。更に、第１の比較器要素６０７は、その出力に電気信号が発生するように設計され、この信号は、センサ電極６０１の電位が指定可能ターゲット電位付近の指定可能な第１の基準範囲内に保たれるようなものである。
【０１２８】
図６Ａの例によって更に示しているように、第１の回路ユニット６０２は、第１の比較器要素６０７の出力に結合されたゲート領域と、センサ電極６０１に結合された第１のソース／ドレイン領域と、第１のコンデンサ６０４に結合された第２のソース／ドレイン領域とを有するトランジスタ６０９を含む。
【０１２９】
好ましくは、（電界効果）トランジスタ６０９は、センサ電極６０１の電位が事前定義可能ターゲット電位付近の事前定義可能な第１の基準範囲内に保たれるようにセンサ電極６０１を第２の回路ユニット６０３の第１のコンデンサ６０４に結合することを可能にする可変抵抗性抵抗器（第１の比較器要素６０７によって制御可能である）である。
【０１３０】
言い換えれば、センサ電極６０１とコンデンサ６０４との完全な結合と切り離しとの間のあらゆる中間値は、トランジスタ６０９を用いて設定又は調整することができる。
【０１３１】
更に、第２の回路ユニット６０３は、２つの入力と１つの出力とを有する第２の比較器要素６１０を好ましくは含み、第１の入力は、それが第１のコンデンサ６０４の電位にあるように第１のコンデンサ６０４に結合され、第２の入力は、第３の電圧ソース６１１によって提供されて第２の電気基準範囲を定義する第４の基準電位にある。
【０１３２】
第２の比較器要素６１０は、その出力において電気信号が発生するように好ましくは構成され、この信号は、第１のコンデンサ６０４の電位が第４の基準電位を超えた場合に、第１のコンデンサ６０４が第１の基準電位にされるようなものである。この目的のために、第２の回路ユニット６０３は、スイッチ６１２（例えばトランジスタとして設計することができる）にそれが閉じて第１の電圧ソース６０５と第１のコンデンサ６０４との間に電気結合が確立されるような電気信号を供給する。
【０１３３】
更に、第１のコンデンサ６０４の電位が第２の基準範囲を逸脱する事象を検出し、予め定められた長さτのデジタルパルスを放出するパルス発生器６１３が、第２の比較器６１０の出力に好ましくは接続される。
【０１３４】
図６Ａが更に示しているように、パルス発生器６１３のこのパルス信号は、パルスの個数及びその時間的シーケンス（すなわち、パルスが到着する際の周波数）を計数する計数要素６０６に好ましくは提供される。
【０１３５】
好ましくは、回路配置６００の第１の比較器要素６０７及び第２の比較器要素６１０は、それぞれ演算増幅器として設計されるが、別の方式で実施することもできる。
【０１３６】
上記のことから、図６Ａに示している回路配置６００の概略回路図は、第１の回路ユニット６０２及び／又は第１のコンデンサ６０４によって実施されたポテンショスタットユニットを好ましくは含む。このポテンショスタットユニットは、センサ電極６０１の電位を第３の基準電位によって定義された第１の基準範囲内にあるターゲット電位に保つ。
【０１３７】
センサ電極６０１から放出されたセンサ電流は、電流から周波数へのコンバータとしても機能する第２の回路ユニット６０３から引き出される。
【０１３８】
第１のコンデンサ６０４は、センサ電極６０１にその電位を保持するための電荷を送出し、第１のコンデンサ６０４に印加される電圧は、説明した比較器回路を用いて監視される。
【０１３９】
第１のコンデンサ６０４の電圧が閾値を下回った場合に、比較器６１０又はパルス発生器６１３は、スイッチ６１２によって第１のコンデンサ６０４の電位を第１の電圧ソース６０５の電位へと変化させる予め定められた長さｌのパルスを好ましくはトリガする。このパルスは、第２の比較器要素６１０の出力に結合された任意的な計数要素６０６に対する計数パルスとしても機能する。
【０１４０】
図６Ａに示している回路配置６００は、この場合には電流シンクとして作動するセンサ電極６０１に電流を供給するように構成されることを強調しておかなければならない。それとは反対に、センサ電極６０１において発生した電流を回路配置６００が消費することが意図される場合に、この配置を相補的な方式で構成することができる。
【０１４１】
以下では、本発明による回路配置の第３の好ましい実施形態を図６Ｂを参照しながら説明する。図６Ａに示して上記で説明した回路配置６００のものに対応する回路配置６２０の要素には同じ参照記号を付与している。以下では、図６Ａに示している回路配置６００のものとは異なる回路配置６２０の構成要素のみをより詳細に説明する。更に、第３の実施形態のこれらの構成要素及び更に別の特徴は、図１に示している第１の実施形態等の他の実施形態と組み合わせることもできる。
【０１４２】
回路配置６２０は、それを較正するために第１の回路ユニット６０２に結合することができる較正デバイス６２１を含み、較正デバイス６２１又はセンサ電極６０１のいずれかに結合された第１の回路ユニット６０２に較正デバイス６２１を用いて第２の基準電位を印加するように構成される。
【０１４３】
図６Ｂに示している回路配置６２０では、センサ電極６０１を第１の回路ユニット６０２から任意的に切り離すことができ、代わりに基準電流ソース６２１Ａである主構成要素を有する較正デバイス６２１に結合することができるのが特に有利である。
【０１４４】
回路配置６２０は、較正デバイス６２１が発生させる較正電流を用いて較正することができる。この較正は、特に、第１のコンデンサ６０４のキャパシタンスＣの正確な値が既知でない場合に有利である。
【０１４５】
第１のコンデンサ６０４の製造方法の最中の処理技術における変動に起因する第１のコンデンサ６０４のキャパシタンスの統計変動に加えて、多大な労力を伴わずには計算することができない又は正確には計算することが全くできない回路配置６２０の寄生キャパシタンスが、蓄積ノードの全体キャパシタンスに実質的に寄与し、検出される電流信号が内部に符号化された結果として得られる出力周波数に著しく影響を与える。
【０１４６】
電流から周波数へのコンバータ内の特に第２の比較器６１０のオフセット電圧、及び起こり得る漏れ電流又は滞留電流が、検出される出力周波数に直接影響を与える可能性もある。
【０１４７】
図６Ｂに示しているように、較正デバイス６２１は、既知のセンサ電流を供給する又はセンサ電極６０１と並列に接続された時にこの電流を指定量だけ増加又は減少させる接続可能基準電流ソース６２１Ａを好ましくは含む。この場合に、この接続から生じる周波数変化が、回路配置６２０を較正するために使用される。この種の較正は、特に、分析物がセンサ電極６０１の上に又はこの電極に付加される前に実施することができる。この場合に、センサ電極６０１は、センサ事象から発生するいかなる信号電流も供給せず、出力周波数は、基準電流ソース６２１Ａの基準電流から決定される。
【０１４８】
第１の回路ユニット６０２へのセンサ電極６０１又は較正デバイス６２１のいずれかの選択的な接続は、更に別のスイッチ６２２を用いて好ましくは達成される。スイッチ６２２は、図６Ｂに示している作動モードでは、較正デバイス６２１が第２の回路ユニット６０２に接続され、一方、センサ電極６０１が第１の回路ユニット６０２に接続されないように好ましくは切り替えることができる。図６Ｂに示している更に別のスイッチ６２２を動かすのに対応する相補的なシナリオでは、センサ電極６０１が第１の回路ユニット６０２に接続され、一方、較正デバイス６２１は第１の回路ユニット６０２に接続されない。
【０１４９】
回路配置１００、６００の構成要素の取り得る構造及び好ましい機能に関しては、全内容が本出願に組み込まれている欧州特許広報１  ６３６  ５９９  Ｂ１の１５ページから２３ページまでの図７から図１６に関する説明を更に参照されたい。
【０１５０】
図７は、本発明のある実施形態を略示している。図６Ａから図６Ｂの実施形態におけるものと同じ参照記号が用いられており、対応する構造、対応する特性、及び対応する利点は、これらの説明を省略している場合であっても達成することができる。この点に関して、図６Ａ及び図６Ｂに関する上記の説明、それに加えて原理的に図６Ａ及び図６Ｂの実施形態、並びに以下に説明する実施形態の対応する構成要素にも適用可能又は更に実施可能な図１から図５に説明した回路配置１００の更に別の機能、特徴、及び特性、及び／又はセンサ電極１０１の構造及び機能に関するこれらの図に関する説明を参照されたい。従って以下では、実質的な相違点及び発展形態のみを詳細に説明する。
【０１５１】
図７は、提案する回路配置６００を示している。回路配置６００はセンサ電極６０１を含む。
【０１５２】
図７の実施形態では、センサ電極６０１は、インターデジタル電極６０１として公知のものとして実施される。この場合に、センサ電極６０１はフィンガー状のストリップ導体６０１Ａを含む。フィンガー状のストリップ導体６０１Ａは、グループ／共通の線又は配線６０１Ｂを用いて互いに電気的又は直流的に相互接続又は結合することができる。センサ電極６０１は、ストリップ導体６０１Ａとグループ線又は配線６０１Ｂとによって好ましくは形成される。この場合に、ストリップ導体６０１Ａ及びグループ線又は配線６０１Ｂは、捕捉分子１０５を上部に不動化することができる導電面を好ましくは含む。
【０１５３】
センサ電極６０１、ストリップ導体６０１Ａ、及び／又はグループ線又は配線６０１Ｂは、接続線又は配線６０１Ｃを用いて第１の回路ユニット６０２に好ましくは電気的に結合される。接続線又は配線６０１Ｃは、センサ電極６０１を第１の回路ユニット６０２の入力に好ましくは接続する。
【０１５４】
センサ電極６０１は、好ましくは、図４に関連して例として説明した生体センサ４００の第１の電極４０１である。しかし、原理的には、センサ電極６０１は、図４に関連して説明したもの以外の物質を検出するために使用することもできる及び／又は様々な物質、特に分子を検出するための図４に説明した又はそれとは異なる面仕上げを有することができる。
【０１５５】
センサ電極６０１には対電極６０１’が好ましくは配置される。この対電極は、センサ電極６０１と対応する、同様である、及び／又は相補的な方式で構成することができる。センサ電極６０１と対電極６０１’とは、フィンガー状のストリップ導体６０１Ａ、６０１’Ａがそれぞれ交互方式で及び／又は少なくとも部分的に互いに対して平行に走る又は延びるインターデジタル構造を特に好ましくは形成する。フィンガー状のストリップ導体６０１Ａ、６０１’Ａは、各場合にセンサ電極６０１のフィンガー状のストリップ導体６０１Ａが、対電極６０１’のフィンガー状のストリップ導体６０１’Ａと実質的に平行であるように走る又は延びるようにフィンガー状方式で特に好ましくは互いに係合する。その結果、ストリップ導体６０１Ａ、６０１’Ａは、フィンガー状方式で互いに係合し、それによってインターデジタル構造を形成することができる。
【０１５６】
対電極６０１’は、任意的なグループ線又は配線６０１’Ｂを含むことができる。これに代えて又はこれに加えて、対電極６０１’は、接地され、例えば、基準電位に保たれ、又は保つことができ、更に別の回路配置６００’の一部を特に好ましくは形成する接続線又は配線６０１’Ｃを含み、その構造は、図６Ａ及び図６Ｂ並びに現在の図７に関連して説明した構造と同様、対応、又は同一とすることができる。
【０１５７】
センサ電極６０１は、第１の回路ユニット６０２に電気的に結合又は接続される。この結合又は接続は、接続線又は配線６０１Ｃを用いて好ましくは実施される。図７に従って示している例では、接続線又は配線６０１Ｃは、第１の回路ユニット６０２に連続的及び／又は直接的に接続又は結合される。従って、図６Ｂの実施形態とは異なり、センサ電極６０１と第１の回路ユニット６０２との間には、センサ電極６０１を第１の回路ユニット６０２から切り離すことができるようなスイッチ６２２は配置されない。しかし、これに代えて又はこれに加えて、図６Ｂに関連して説明したように、スイッチ６２２を設けることもできる。この場合に、このスイッチ６２２は、第１の回路ユニット６０２をセンサ電極６０１又は基準電流ソース６２１Ｂのいずれかに選択的に（交互に）接続する能力を有することになる。
【０１５８】
実際には、センサ電極６０１は、生体センサの導電面を好ましくは形成する。この場合に、ストリップ導体６０１Ａ及び／又はグループ線又は配線６０１Ｂは、周囲に向かう導電性を有する面を形成し、その一方で残りの回路配置６００は、少なくとも実質的にセンサ電極６０１の下及び／又は半導体材料の中に組み込むことができる。従って回路配置６００は、特に好ましくはシステムオンチップ（ＳｏＣ）又はシステムインパッケージ（ＳｉＰ）として公知のものである。
【０１５９】
更に回路配置６００は、第２の回路ユニット６０３と第１のコンデンサ６０４とを好ましくは含む。
【０１６０】
上記で既に説明したように、第１の回路ユニット６０２は、センサ電極６０１の電位を指定可能ターゲット電位付近の指定可能な第１の基準範囲内に保つように設計される。この設計は、電位の整合が発生するように第１のコンデンサ６０４とセンサ電極６０１とを結合することによって達成することができる。この設計の好ましい実施形態については図６Ａ及び図６Ｂに関連して説明済みであり、ここではこの説明を参照されたい。
【０１６１】
第２の回路ユニット６０３は、第１のコンデンサ６０４の電位が第２の基準範囲外にある場合にこの事象を検出し、第１のコンデンサ６０４を第１の基準電位にもたらすように好ましくは構成される。この点に関する好ましいソリューションの詳細に関しても、図６Ａ及び図６Ｂの実施形態の上記の説明を参照されたい。
【０１６２】
センサ電極６０１には接続可能基準電流ソース６２１Ｂが好ましくは設けられる。この基準電流ソース６２１Ｂは、基準電流Ｒをセンサ電極６０１及び／又は第１の回路ユニット６０２の中に印加することができる。
【０１６３】
基準電流Ｒは、正号又は負号を有することができ、従って基準電流ソース６２１Ｂは、センサ電極６０１の中に入る又はセンサ電極６０１から出る基準電流Ｒを発生させることができる。
【０１６４】
非常に基本的には、基準電流Ｒは、好ましくは直流、すなわち、部分的に少なくとも実質的に一定の電流である。しかし、これに代えて又はこれに加えて、基準電流Ｒは、交流成分を含むこともできる又は交流信号とすることができる。この交流成分又は交流信号は、回路配置６００の測定結果Ｍが基準電流Ｒに続く時間的間隔を決定することによって回路配置６００の慣性を試験するために使用することができる。
【０１６５】
基準電流ソース６２１Ｂは、既知の基準電流Ｒを供給するように、又はセンサ電極６０１から第１の回路ユニット６０２の中に流出するセンサ電流Ｓを特定の好ましくは既知の量だけ増減するように好ましくは設計される。この供給又は増減は、基準電流ソース６２１Ｂがセンサ電極６０１に接続されている時に好ましくは行われる。
【０１６６】
図７によって示す例では、図６Ｂに示している例とは異なる方式で基準電流Ｒがセンサ電極６０１の中に注入（印加）されるように基準電流ソース６２１Ｂをセンサ電極６０１に接続することができる。完璧なセンサ電極６０１の場合に、基準電流Ｒは第１の回路ユニット６０２の中にセンサ電流Ｓとして流し込まれる。これに代えて又はこれに加えて、基準電流ソース６２１Ｂは、第１の回路ユニット６０２の入力又は接続線又は配線６０１Ｃに直接的に接続する又は接続可能とすることができ、センサ電極６０１は、第１の回路ユニット６０２から好ましくは分離されない又は分離不能である（図示していない）。しかし、これに代えて、第１の回路ユニット６０２が基準電流ソース６２１Ｂに直接に又は接続線又は配線６０１Ｃを介して接続されている時にセンサ電極６０１を第１の回路ユニット６０２から分離するスイッチ６２２を設けることもできる。
【０１６７】
図７によって示す例では、これに代えて又はこれに加えて、基準電流ソース６２１Ｂをセンサ電極６０１に並列接続で接続することもできる。
【０１６８】
本発明の意味の範囲内では、電流ソース、特に基準電流ソース６２１Ｂは、特に、（正又は負の）電流が第１の回路ユニット６０２に印加されるようにこの電流ソースがセンサ電極６０１に結合される時に並列に接続される。
【０１６９】
この場合に、「並列に」は、基準電流ソース６２１Ｂが（仮想）接地又はセンサ電極６０１に対する基準電位に対して並列に接続されるようなものであると好ましくは理解されるものとする。この基準点は、小さい信号接地などとすることもできる。
【０１７０】
独立に実施することもできる本発明の態様では、基準電流ソース６２１Ｂがセンサ電極６０１の中に基準電流Ｒを注入しないか、又は第１の電流強度／アンペア数を有する第１の基準電流Ｒ及び第１の電流強度／アンペア数をとは異なる第２の電流強度／アンペア数を有する少なくとも１つの第２の基準電流Ｒを注入するかのいずれかであるように回路配置６００が設計され、基準電流ソース６２１Ｂを作動的に調節又は設定することができる。
【０１７１】
言い換えれば、基準電流ソース６２１Ｂは調節可能である。この場合に、基準電流ソース６２１Ｂは、各場合に指定、所定、及び／又は既知の異なる電流強度の間で好ましくは調節することができる。
【０１７２】
この場合に、基準電流ソース６２１Ｂは、連続的に調節可能とすることができる。しかし、図示している例では、基準電流ソース６２１Ｂは、センサ電極６０１及び／又は第１の回路ユニット６０２の中に異なる基準電流Ｒ、すなわち、異なる電流強度の基準電流Ｒを送出又は注入する少なくとも２つの段階を好ましくは有する複数の段階で段階的に調節可能である。
【０１７３】
基準電流ソース６２１Ｂが発生させた基準電流Ｒの「注入」は、特に、基準電流ソース６２１Ｂによって提供される基準電流Ｒが導電構造の中に、すなわち、特にストリップ導体６０１Ａ、グループ線又は配線６０１Ｂ、及び／又は接続線又は配線６０１Ｃの中に印加又は給送されるように基準電流ソース６２１Ｂがセンサ電極６０１及び／又は第１の回路ユニット６０２に電気的に結合され、特に（ガルバニックに、galvanically）接続されることを意味する。
【０１７４】
基準電流ソース６２１Ｂの調節機能は、精確で確実な機能の試験及び／又は較正という利点を提供する。この場合に、基準電流ソース６２１Ｂの好ましい段階的な調節機能は、特に的確に電流を指定又は予め定めることができる個々の電流ソース６２３、６２４を用いて関連の電流を達成することによって好ましくは可能になる。電流ソース６２３、６２４のこれらの電流は組合せで使用することができ、その結果、原理的には同様に可能な連続調節可能基準電流ソース６２１Ｂよりも少ない影響、変動、及び公差しか持たない基準電流ソース６２１Ｂを実現することができる。
【０１７５】
回路配置６００は、センサ電流Ｓ、すなわち、センサ電極６０１から第１の回路ユニット６０２の中に流出する電流に依存する方式で、特に図６Ａ及び図６Ｂに関連して上記で説明したように、特に好ましくは周波数の形態で測定結果Ｍを発生させる。従って、特定のセンサ電流Ｓの場合に、特にコンデンサ６０４のキャパシタンスに依存する方式で特定の測定結果Ｍが予想又は期待されることになる。
【０１７６】
基準電流ソース６２１Ｂによって注入される基準電流Ｒが既知であることに起因して、基準電流ソース６２１Ｂが接続された時に結果が予測／期待通りであるか否かに関して測定結果Ｍ又は周波数を監視することができる。この目的のために、測定結果Ｍが予想／期待されることになる範囲を設けることができる。測定結果Ｍがこの指定範囲又は指定可能範囲の外側である場合に、機能不良が発生したと結論付けることができる。それに応じて、制御された又は通常の作動に向けて回路配置６００を停止又は無効にすることができる。この場合に、制御された又は通常の作動は、好ましくは基準電流ソース６２１Ｂが停止又は電気的に切り離された時のセンサ、特に生体センサとしての使用である。
【０１７７】
この場合に、調節可能基準電流ソース６２１Ｂの利点は、それが発生させる様々なセンサ電流Ｓに対する測定結果Ｍを監視することができることから機能試験に関して２倍の確実性を達成することができる点である。
【０１７８】
この目的のために、基準電流ソース６２１Ｂが注入する又は注入することができる異なる電流強度の基準電流Ｒに対してターゲット値又はターゲット値範囲を各場合に指定することができ、これらのターゲット値又はターゲット値範囲の中で適正に機能する場合の測定結果Ｍが予想又は期待される。様々な基準電流Ｒのうちの１つが注入された時に実測値Ｍが予め定められた範囲の外側である場合に、特に回路配置６００を停止することによって障害を識別及び／又は処理することができる。
【０１７９】
これに代えて又はこれに加えて、基準電流ソース６２１を用いて様々な大きさの基準電流Ｒ、すなわち、異なる電流強度を有する電流をセンサ電極６０１、接続線又は配線６０１Ｃ、及び／又は第１の回路ユニット６０２、特にセンサ電極６０１に対する第１の回路ユニット６０２の入力に注入する時に観測される測定結果Ｍは、回路配置６００の挙動、特に線形性を決定するために及び／又は測定結果Ｍを補正するために使用することができる。
【０１８０】
これに代えて又はこれに加えて、このようにして、すなわち、基準電流ソース６２１Ｂによって印加又は注入された少なくとも２つの異なる基準電流Ｒに基づいて少なくとも２つの実測値Ｍを決定することにより、回路配置６００を較正することができる又は較正することが可能であるとすることができる。
【０１８１】
例えば、基準電流／測定結果対を生成すること、及び／又は様々な測定結果Ｍに異なる基準電流Ｒを割り当てることが可能である。基準電流Ｒは前もって把握されていることに起因して、測定結果Ｍをそれぞれの基準電流Ｒに逆向きに割り当てることができる。上記に基づいて決定される又は決定することができるこの割り当て又は割り当て関数は、後続の制御された又は通常の作動中（基準電流ソース６２１Ｂが切り離された時）にサンプルによって発生した測定結果Ｍからセンサ電流Ｓを確実に結論付けるために使用することができる。この目的のために、基準電流／測定結果対を用いて割り当て関数及び／又は補正関数を発生させることができ、続いてそれを用いて測定結果Ｍからセンサ電流Ｓを結論付けることができる。このようにして、測定結果Ｍを用いて関連のセンサ電流Ｓを計算又は補正することができる。
【０１８２】
これは、センサ電極６０１において又はその上で生物学的過程、化学過程、又は生化学過程によって発生するセンサ電流Ｓへの測定結果Ｍの改善された及び／又は精確な割り当てを達成することが見込まれる又は可能にする。
【０１８３】
言い換えれば、基準電流ソース６２１Ｂを用いて様々な基準電流Ｒ（異なる電流強度の電流）をセンサ電極６０１の中に注入することができ、既知の基準電流Ｒに対応する測定結果Ｍを発生させることができ、そこから生じるセンサ電流／測定結果の値対を用いて回路配置６００の障害制御、障害補正、及び／又は較正を実施することができる。
【０１８４】
好ましくは少なくとも２つの異なる電流ソース６２３、６２４が設けられ、これらの電流ソースは、合わさって電流ソース６２１Ｂ及び／又は基準電流Ｒを形成する。この場合に、電流ソース６２３、６２４のうちの少なくとも一方が起動可能及び／又は停止可能である。これに代えて又はこれに加えて、電流ソース６２３、６２４は、これらが発生させる電流が基準電流Ｒへと合算されるように並列に接続される。電流ソース６２３、６２４のうちのどちらが起動又は停止されるかに依存して、基準電流ソース６２１Ｂは、このようにして、ゼロの基準電流Ｒ、又は第１の電流ソース６２３の電流強度、第２の電流ソース６２４の電流強度、又は電流ソース６２３、６２４によって提供される電流強度の和である電流強度に対応する基準電流Ｒを発生させることができる。
【０１８５】
図７によって示す例では、両方の電流ソース６２３、６２４は、スイッチ６２５、６２６を用いて切り替え可能である。
【０１８６】
図７によって示す例では、電流ソース６２３、６２４は、それぞれスイッチ６２５、６２６と直列に接続される。この直列接続は、実際には電流ソース６２３、６２４が内部抵抗（図示していない）を有することで達成することができる。しかし、電流ソース６２３、６２４は、別の方式で切り替え可能である又は起動可能及び／又は停止可能であるように設計することもできる。
【０１８７】
上記と併せて、そして電流ソース６２３、６２４のうちの少なくとも一方が切り替え可能であることに起因して、電流ソース６２３、６２４は、切り替え可能及び／又は調節可能な基準電流ソース６２１Ｂを形成する。しかし、基準電流ソース６２１Ｂの調節機能は、別の方式で達成することもできる。
【０１８８】
（関連の）電流ソース６２３、６２４は、電流ミラーとして形成する又はそれを含むことができる。しかし、この場合に、他のソリューションを考えることもできる。
【０１８９】
基準電流ソース６２１Ｂは、指定の又は予め定められた段階で好ましくは調節可能である。図示している例では、この調節は、選択的に電流ソース６２３、６２４のうちのどちらも起動しない、一方だけを起動する、又は両方を起動することによって達成することができる。しかし、この場合に、基準電流ソース６２１Ｂの段階的調節機能に対する他のソリューションも可能である。
【０１９０】
いずれの場合にも、基準電流ソース６２１Ｂが発生させる又は発生させることができる電流又は電流強度は、既知である、指定される、及び／又は一定であることが好ましい。
【０１９１】
基準電流ソース６２１Ｂは、センサ電極６０１及び／又は接続線又は配線６０１Ｃの中に注入され、第１の回路ユニット６０２の中にセンサ電流Ｓとして（測定電流として）流出する基準電流Ｒを好ましくは発生させる。
【０１９２】
基準電流ソース６２１Ｂによって送出される基準電流Ｒの異なる電流強度を設定又は調節し、回路配置６００を用いてこれらの電流強度を測定することによって、好ましくは、基準電流Ｒの異なる電流又は電流強度に対応する測定結果Ｍが生成される。これらの基準電流／測定結果対は、回路配置６００の挙動を解析及び／又は補償するために、及び／又は回路配置６００を較正するために好ましくは使用される。
【０１９３】
基準電流ソース６２１Ｂ及び／又は（それぞれの）電流ソース６２３、６２４は、供給電圧とは少なくとも実質的に独立に好ましくは作動する。特に、電圧基準を設けることができ、これは、供給電圧に少なくとも実質的に依存しない基準電流Ｒを基準電流ソース６２１Ｂ又は電流ソース６２３、６２４が発生させることができる又は発生させる。
【０１９４】
回路配置６００は、基準電流ソース６２１Ｂが停止されている時と接続されている時との両方でセンサ電極６０１から第１の回路ユニット６０２に転送される電気エネルギ又はセンサ電流Ｓを測定結果Ｍとして決定するように好ましくは設計される。
【０１９５】
この設計に基づいて、回路配置６００は、別のセンサ電極又は対電極６０１’へのセンサ電極６０１の短絡を決定する能力を好ましくは有する。
【０１９６】
これに代えて又はこれに加えて、測定結果Ｍに基づいてセンサ電極６０１と第１の回路ユニット６０２との間の接続問題を決定するものとし、及び／又は回路配置６００はそれに向けて設計される。この決定は、例えば、指定、事前決定、又は既知の基準電流Ｒがセンサ電極６０１の中に注入される場合に、回路配置６００によって決定される測定結果Ｍが予測値又は期待値又はターゲット値／領域から逸脱することで達成することができる。この場合に、実測測定結果Ｍとのターゲット値の比較を実施することができ、測定結果Ｍがターゲット値又はターゲット値範囲から逸脱する場合に障害を検出することができる。
【０１９７】
図８は、各場合に同じ時間Ｔにわたってプロットした基準電流Ｒ及び測定結果Ｍの時間的推移を例として示している。
【０１９８】
時点Ｔ０（開始時間）と第１の時点Ｔ１との間の第１の間隔において、基準電流Ｒは注入されず、図８ではこのことを基準電流Ｒを表す上段のダイアグラム／グラフの軸（ｙ軸）上にＲ０で記号表記している。Ｒ０で記号表記している０という値を有する基準電流Ｒは、両方の電流ソース６２３、６２４を停止させることによって発生させることができる。それに対応する方式で及び／又は同時に測定結果Ｍ０が決定される。この測定結果は、下段のダイアグラム／グラフ内に測定結果Ｍを表す軸（ｙ軸）上のＭ０で記号表記している。この測定結果Ｍ０は、オフセットと考える又は解釈することができ、及び／又は測定結果Ｍを補償又は補正するために使用することができる。測定値Ｍ０がゼロという値を有する場合に、回路は、オフセットフリー方式で作動しているが、一般的にＭ０の非ゼロ値を仮定すべきである。
【０１９９】
第１の時点Ｔ１と第２の時点Ｔ２との間の第２の間隔において、第１の基準電流Ｒ１が、センサ電極６０１、接続線又は配線６０１Ｃ、及び／又は第１の回路ユニット６０２の入力の中に注入される。図示している例では、０とは異なる第１の電流強度を有する第１の基準電流Ｒ１が、電流ソース６２３、６２４のうちの一方だけを起動すること又は他方の電流ソース６２３、６２４を停止することによって発生する。対応する第１の測定結果Ｍ１を決定することができ、この結果はオフセット（実測値Ｍ０）から好ましくは逸脱する。第１の測定結果Ｍ１がオフセット測定結果Ｍ０から逸脱しない、ターゲット値を超える、それを下回る、又はそれを満たし損ねた場合に、回路配置６００がセンサ電極６０１の中に注入された基準電流Ｒを測定しないことから障害が存在する又は障害が検出される。図８では、このことを破線Ｆ１で示している。
【０２００】
時点Ｔ２と後続の時点Ｔ３との間では、別の第２の基準電流Ｒ２、すなわち、第１の基準電流Ｒ１から逸脱した電流が基準電流ソース６２１Ｂによって注入される。この場合に、基準電流Ｒ１、Ｒ２は、その電流強度に関して少なくとも好ましくは正確に又は僅かに異なる。基準電流Ｒ２に対応する測定結果Ｍ２が決定される又は決定することができる。
【０２０１】
この基準電流Ｒ２は、第１の基準電流Ｒ１を発生させる電流ソース６２３、６２４とは異なる電流ソース６２３、６２４が発生させることができる。言い換えれば、一方の電流ソース６２３が第１の基準電流Ｒ１を発生させることができ、他方の電流ソース６２４が第２の基準電流Ｒ２を発生させることができる。
【０２０２】
図８の例では、第３の測定結果Ｍ３がそれに対応する第３の基準電流Ｒ３が、時点Ｔ３の後に注入される。第３の基準電流Ｒ３は、基準電流Ｒ１及びＲ２から好ましくは逸脱する（電流強度に関して）。
【０２０３】
図示している例では、電流ソース６２３、６２４の電流が互いに合算されるように、それぞれ能動的な電流ソース６２３、６２４を相互接続することによって基準電流Ｒ３が発生する。
【０２０４】
第３の基準電流Ｒ３は、センサ電極６０１、接続線又は配線６０１Ｃ、及び／又は第１の回路ユニット６０２の中に好ましくは注入される。この電流に対応する第３の測定結果Ｍ３を決定することができる又は決定される。
【０２０５】
基準電流Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、特にその電流強度に関して好ましくは各々が互いに異なる。相応に、このことは測定結果Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３にも好ましくは当て嵌まる。
【０２０６】
図８によって示す例では、測定結果Ｍ０が基準電流に依存しない方式で常に決定される破線Ｆ１を示している。この場合は、例えば、図７に示しているセンサ電極６０１の又はその内部の切断Ｕ１、特に、ストリップ導体６０１Ａ、グループ線又は配線６０１Ｂのうちの１又は２以上のものの切断Ｕ１に起因して、及び／又は同様に図７に示している接続線又は配線６０１Ｃの切断Ｕ２に起因して、センサ電極６０１の中に注入される基準電流Ｒが測定結果Ｍに対していかなる効果も持たない場合である。
【０２０７】
図８のダイアグラム又はグラフには障害線Ｆ２を破線で更に示しており、この線は、センサ電極６０１が別の回路配置６００’のセンサ電極６０１’に短絡された時の測定結果Ｍの推移を示している。図７ではこの短絡を破線Ｋ１、Ｋ２で示している。
【０２０８】
対電極６０１’が接地に接続される場合に、基準電流Ｒは、問題の短絡を介して対電極６０１’の中に少なくとも実質的に流入し、更にそれを介して流れ去る可能性があり、従って破線Ｆ１で示している測定結果Ｍが生じる可能性がある。
【０２０９】
しかし、対電極６０１’は、別の回路配置６００’の第１の回路ユニット６０２に好ましくは同様に接続される又はその一部を形成する。
【０２１０】
この場合に、注入された基準電流Ｒは、任意的に、関連の回路配置６００、６００’の２つの入力にわたって分割され、従って、各場合の測定結果Ｍは、予想／期待されるものよりも小さく、特に予想又は期待される測定結果Ｍに比例する。このことを第２の障害線Ｆ２で示している。別の回路配置６００’のセンサ電極６０１’へのセンサ電極６０１の短絡は、特に、いかなる注入基準電流Ｒも用いない測定結果Ｍ０と、基準電流Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が注入された時の測定結果Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３との間で予想又は期待される差が予測値又は期待値又はターゲット値のおよそ半分に対応する場合に示される。従って、測定結果Ｍは、この種の挙動に関して解析することができ、必要に応じて対応する障害を検出することができる。
【０２１１】
回路配置６００は、障害を決定するために及び／又は較正を実施するために対応する基準電流Ｒを発生させ、この場合に発生した測定結果Ｍを評価するように好ましくは設計される。
【０２１２】
較正は、例えば、回路配置６００の挙動が少なくとも実質的に線形であるという仮定に基づいて実施することができる。この場合に、基準電流Ｒの変化にこの電流に比例する測定結果Ｍの変化が続くことが予想又は期待されることになる。比例関係が完全には存在しない場合に、この関係は、基準電流／測定結果対に基づいて補正することができる。この場合に、補正は、後の測定において、例えば、較正処理において決定される又は決定することができる補正関数を用いて加えることができる。補正関数は、基準電流／測定結果対の推定によって計算することができる。
【０２１３】
基準電流ソース６２１Ｂは、１又は２以上のスイッチ６２７、６２８を用いてセンサ電極６０１に好ましくは電気結合することができる。基準電流ソース６２１Ｂは、センサ電極６０１の第１の部分６０１Ｄと別の第２の部分６０１Ｅとに選択的に好ましくは結合することができる。この目的のために複数のスイッチ６２７、６２８を設けることができる。好ましくは、第１のスイッチ６２７は、基準電流ソース６２１Ｂを第１の部分６０１Ｄに接続し、及び／又は第２のスイッチ６２８は、基準電流ソース６２１Ｂを第２の部分６０１Ｅに接続する。
【０２１４】
図示している例では、第１の部分６０１Ｄは、インターデジタル構造の領域内、特にストリップ導体６０１Ａ及び／又はグループ線又は配線６０１Ｂの領域内に位置付けられる。第２の部分６０１Ｅは、ストリップ導体６０１Ａ及び／又はグループ線６０１Ｂ又はグループ配線を第１の回路ユニット６０２に接続する接続線又は配線６０１Ｃの領域内に位置付けられる。言い換えれば、第１の部分６０１Ｄは、直接生体センサとして機能する導電面を有するセンサ電極６０１の領域内に好ましくは位置付けられ、一方、第２の部分６０１Ｅは、接続線又は配線６０１Ｃを用いて第１の回路ユニット６０２に好ましくは直接に接続される。従って、第２の部分６０１Ｅは、第１の回路ユニット６０２の入力によって形成することができる。
【０２１５】
初期状態では、すなわち、いかなる分子も面上に不動化されていない状態では、又はサンプルがセンサ電極６０１との接触していないいずれかの場合に、センサ電極６０１は、（直流）電流が流れ去ることを許さない開放ノードを好ましくは形成する。従って、正しく機能する場合に、基準電流Ｒがセンサ電極６０１を変化せずに通過し、第１の回路ユニット６０２の中にセンサ電流Ｓとして流出する又は給送されると仮定しなければならない。いずれの場合にも、この仮定は、少なくとも実質的に一定なものとして又は直流として提供される基準電流Ｒに対して当て嵌まる。
【０２１６】
測定結果Ｍは、基準電流Ｒが一方でセンサ電極６０１の第１の部分６０１Ｄの中に、他方で第２の部分６０１Ｅの中に二者択一的に注入される時に好ましくは発生する。基準電流Ｒが同じもの、すなわち、同じ電流強度のものであるとすると、それに従って同じ測定結果Ｍが発生することを予測又は期待しなければならない。そうでない場合、すなわち、基準電流Ｒが注入される部分６０１Ｄ、６０１Ｅにある程度顕著に依存する方式で測定結果Ｍが変更される場合に、センサ電極６０１と第１の回路ユニット６０２との間に接触問題があると結論付けることができる。それに続けることができる障害処理は、試験された回路配置６００の停止を引き起こす又はそれに向けて使用することができる。
【０２１７】
第１の部分６０１Ｄは、センサ電極６０１のインターデジタル構造内、すなわち、好ましくはストリップ導体６０１Ａ及び／又はグループ線又は配線６０１Ｂ上に好ましくは位置付けられる。図示している例では、第１のスイッチ６２７が基準電流ソース６２１Ｂと第１の部分６０１Ｄとの間の接続を確立した場合に、基準電流ソース６２１Ｂとグループ線又は配線６０１Ｂとの間に電流接触が確立される。
【０２１８】
これに代えて又はこれに加えて、図示している例では、第２の部分６０１Ｅは、接続線又は配線６０１Ｃの領域内及び／又は第１の回路ユニット６０２の入力に設けられる。第２のスイッチ６２６は、基準電流ソース６２１Ｂを第２の部分６０１Ｅに接続するために使用することができる。このようにして、基準電流ソース６２１Ｂによって基準電流Ｒを第２の部分６０１Ｅの中に注入することができる。しかし、この場合に、他のソリューションも可能である。
【０２１９】
提案する方法では、回路配置６００の試験モードでは、基準電流ソース６２１Ｂは、センサ電極６０１の中に時点Ｔ０において電流を注入せず、別の時点Ｔ１において第１の電流強度を有する第１の基準電流Ｒを注入し、更に別の時点Ｔ２において第１の基準電流Ｒとは異なり、第１の電流強度とは異なる第２の電流強度を有する少なくとも１つの第２の基準電流Ｒを注入するように調節又は設定される。特に上記で説明したように決定されて様々な注入基準電流Ｒに依存する測定結果Ｍは、接触問題、短絡、及び／又は回路配置６００の適正機能又は線形性を決定するために、及び／又は較正、補正機能、又は好ましくは決定されてサンプルを用いた後続の測定において好ましくは使用される測定結果Ｍを補正するための補正情報の別の項目を実施するために使用することができる。
【０２２０】
独立に実施することもできる更に別の態様では、本発明は、センサ電極６０１及び／又は別の回路配置６００’のセンサ電極６０１’の中に注入される基準電流Ｒに依存して、及び／又は基準電流Ｒによって引き起こされる検出測定結果Ｍに依存して測定結果Ｍ、特に周波数を発生させる方法に関する。
【０２２１】
言い換えれば、測定結果Ｍは、注入基準電流Ｒに依存して、特に、図６Ａ及び図６Ｂに関連して上記で説明した方式で発生させる又は発生させることができるパルスに対応する周波数の形態で決定される。
【０２２２】
この測定結果Ｍに基づいて、別のセンサ電極６０１’へのセンサ電極６０１の短絡及び／又はセンサ電極６０１と第１の回路ユニット６０２との間の接続問題が解析、検査、又は試験される又はこれらを決定することができる。この目的のために、既に上記で示したように、（関連の）測定結果Ｍは、ターゲット値、ターゲット値の拡散、又はターゲット値の範囲等の指定値と比較することができ、このターゲットから逸脱する場合に（特定の）障害を（自動的に）識別することができる。続いて、識別された障害のタイプ及び大きさに依存して、回路配置６００を停止することができる。これに代えて又はこれに加えて、別のタイプの障害処理、例えば、測定結果Ｍを補正することによる障害補正などを可能とすることができる。
【０２２３】
独立に実施することもできる本発明の更に別の態様では、センサ電極６０１の異なる部分６０１Ｄ、６０１Ｅの各々の中に基準電流Ｒが好ましくは連続的に注入される。この場合に、第１の部分６０１Ｄは、好ましくは、センサ電極６０１によって形成されたインターデジタル構造の一部であり、一方、第２の部分６０１Ｅは、接続線又は配線６０１Ｃ、すなわち、インターデジタル構造と第１の回路ユニット６０２との間の接続の領域内に好ましくは設けられる。
【０２２４】
基準電流Ｒが異なる部分６０１Ｄ、６０１Ｅの中に注入された時に発生する又は決定することができる測定結果Ｍは、互いに好ましくは比較される。これらの結果が互いから逸脱した（ある程度顕著に）場合に、センサ電極６０１の内部の接触問題を検出することができる。従って、障害識別の場合に障害処理は、例えば（この場合に試験された）回路配置６００を停止することによって実施することができる。
【０２２５】
本発明の態様は、互いに有利に組み合わせることができる。例として、一方で（好ましくは同じ）基準電流Ｒがセンサ電極６０１の異なる部分６０１Ｄ、６０１Ｅの中に注入され、それに加えて、しかし任意的に、基準電流ソース６２１Ｂによって部分６０１Ｄ、６０１Ｅの双方の中に異なる基準電流Ｒ（異なる電流強度の）が発生し、センサ電極６０１の中に注入されるようにスイッチ６２５、６２６及び６２７、２６８を組み合わせる及び／又は同期させることができる。この場合に、全体として発生する又は決定することができる測定結果Ｍは、機能試験並びに短絡試験及び較正に向けて使用することができる。従って、実施するのが容易ないくつかの試験測定しか使用せずに高度の機能信頼性及び測定結果Ｍの信頼性を迅速に達成することができる。
【０２２６】
回路配置６００は、基準電流ソース６２１Ｂを制御するためのコントローラ６２９を好ましくは含む。
【０２２７】
コントローラ６２９は、電流が互いに合算されるように、特にスイッチ６２５、６２６を用いて１又は２以上の電流ソース６２３、６２４を起動する、停止する、個々に接続する、又は互いに組み合わせるように好ましくは設計される。
【０２２８】
図示している例では、コントローラ６２９と関連のスイッチ６２３、６２４との間の制御接続部を破線で示している。しかし、原理的には、関連の電流ソース６２３、６２４の調節機能は、別の方式で、例えば、コントローラ６２９が関連の電流ソース６２３、６２３４に対する制御信号、制御電流、又は基準電圧を変更することによって達成することもできる。
【０２２９】
これに代えて又はこれに加えて、コントローラ６２９は、基準電流ソース６２１Ｂがセンサ電極６０１の第１の部分６０１Ｄ又は第２の部分６０１Ｅのいずれかに接続される又は接続することができるようにこの電流ソースを制御するように設計される。
【０２３０】
図示している例では、コントローラ６２９は、基準電流Ｒが第１の部分６０１Ｄ又は第２の部分６０１Ｅの中に注入されるようにスイッチ６２７、６２８のうちの１又は２以上を制御する。この目的のために、図７に破線で示しているように、コントローラ６２９は、基準電流Ｒが第１の部分６０１Ｄ又は第２の部分６０１Ｅのいずれかの中に注入されるように接続を確立又は切断するようにスイッチ６２７、６２８を制御することができる。
【０２３１】
原理的には、基準電流Ｒは、両方の部分６０１Ｄ、６０１Ｅの中に同時に注入することもできる。更に、スイッチ６２７が貫通接続部で置き換えられ、スイッチ６２８のみが制御される更に別の代替形態を考えることができる。基準電流Ｒが第１の部分６０１Ｄの中にのみ注入されるか又は第２の部分６０１Ｅの中にも注入されるかに依存して測定結果Ｍが逸脱する場合に、障害、例えば接触問題を識別することができる。
【０２３２】
コントローラ６２９は、提案する方法が実施されるように電流ソース６２３、６２４及び／又はスイッチ６２５、６２６、６２７、６２８を制御するように好ましくは設計される。
【０２３３】
更に、コントローラ６２９は、測定結果Ｍを受け入れてこの結果を指定値又はターゲットと比較することができる。指定値又はターゲットは、基準電流ソース６２１Ｂを制御するためにコントローラ６２９が使用する制御コマンドから生じる又はそれに対応するものとすることができる。
【０２３４】
コントローラ６２９は、較正を実施するように、特に較正関数を発生させるように設計することもできる。この較正関数は、測定結果Ｍをそれぞれのセンサ電流Ｓに割り当てる又はこの種の割り当て又は関数を補正する関数とすることができる。
【０２３５】
本発明の異なる態様は、個々に及び様々な組合せに実施することができる。従って、提案する試験方法（障害識別、特に短絡又は切断の識別に向けた）は、較正とは別個に実施することもでき、その逆もまた同様である。しかし、これらの組合せは、この場合に特に同じ測定結果Ｍに基づいていくつかの方法段階及び必要な手段しか用いない相乗的な方式で較正と機能試験の両方を同時に実施することができるので特に好ましい。
【０２３６】
以下の文献は、本明細書に引用されている。
［１］Ｈｉｎｔｓｃｈｅ，Ｒ．、Ｐａｅｓｃｈｋｅ，Ｍ．、Ｕｈｌｉｇ，Ａ．、Ｓｅｉｔｚ，Ｒ．著（１９９７年）「Ｓｉ技術で作られた電極を使用するマイクロ生体センサ（Ｍｉｃｒｏｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ｍａｄｅ  ｉｎ  Ｓｉ−ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ  ｉｎ  Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｉｃｓ，  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ａｓｐｅｃｔｓ、Ｓｃｈｅｌｌｅｒ，Ｆ．Ｗ．、Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，Ｆ．、Ｆｅｄｒｏｗｉｔｚ，Ｊ．（編集）、Ｂｉｒｋｈａｕｓｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ  Ｂａｓｅｌ、スイス国、２６７〜２８３ページ
［２］ｖａｎ  Ｇｅｒｗｅｎ，Ｐ．他著（１９９７年）「生体化学センサに向けたナノスケール櫛歯配置電極アレイ（Ｎａｎｏｓｃａｌｅｄ  ｌｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｅｎｓｏｒｓ）」、ＩＥＥＥ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、１９９７年６月１６〜１９日、米国シカゴ、９０７〜９１０ページ
［３］Ｐａｅｓｃｈｋｅ，Ｍ．、Ｄｉｅｔｒｉｃｈ，Ｆ．、Ｕｈｌｉｇ，Ａ．、Ｈｉｎｔｓｃｈｅ，Ｒ．書（１９９６年）「シリコン加工マイクロ電極アレイを用いたボルタンメトリー多チャネル測定（Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｉｃ  Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｒｒａｙｓ）」、Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｓｉｓ、第８巻、第１０号，８９１〜８９８ページ
［４］Ｕｓｔｅｒ，Ｍ．、Ｌｏｅｌｉｇｅｒ，Ｔ．、Ｇｕｇｇｅｎｂｕｈｌ，Ｗ．、Ｊａｃｋｅｌ，Ｈ．著（１９９９年）「非常に低い（最低１ｆＡ）入力電流に対して単一のトランジスタを積分器及び増幅器として使用するＡＤＣ積分（ｌｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ  ＡＤＣ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ａｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ  ａｎｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｆｏｒ  Ｖｅｒｙ  Ｌｏｗ  （１  ｆＡ  Ｍｉｎｉｍｕｍ）  Ｉｎｐｕｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔｓ）」、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ａ／Ｄ  ａｎｄ  Ｄ／Ａ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ストラスクライド大学（英国）、１９９９年７月２７〜２８日、会報第４６６号、８６〜８９ページ、ＩＥＴ
［５］Ｂｒｅｔｅｎ，Ｍ．、Ｌｅｈｍａｎｎ，Ｔ．、Ｂｒａｕｎ，Ｅ．著（２０００年）「電気化学トランスデューサからのピコアンペアに対する積分データコンバータ（ｌｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ  ｄａｔａ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｆｏｒ  ｐｉｃｏａｍｐｅｒｅ  ｃｕｒｒｅｎｔｓ  ｆｒｏｍ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）」、ＩＳＣＡＳ  ２０００、ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、２０００年５月２８〜３１日、スイス国ジュネーブ、７０９〜７１２ページ
［６］ＵＳ  ３，７１１，７７９
［７］ＵＳ  ４，１９９，７２８
［８］Ｔｈｅｗｅｓ，Ｒ．他著（２００２年）「ＣＭＯＳ上の完全電子ＤＮＡ検出のためのセンサアレイ（Ｓｅｎｓｏｒ  ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  ｆｕｌｌｙ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ＤＮＡ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｎ  ＣＭＯＳ）」、Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、２００２年２月３〜７日、米国サンフランシスコ、３５０〜４７３ページ
【０２３７】
参照符号のリスト
１００  回路配置
１０１  センサ電極
１０２  第１の回路ユニット
１０３  第２の回路ユニット
１０４  第１のコンデンサ
１０５  捕捉分子
１０６  検出される分子
１０７  酵素ラベル
１０８  荷電粒子
１０９  第１の制御ユニット
１１０  制御可能抵抗性抵抗器
１１１  第２の制御ユニット
１１２  パルス
１１３  スイッチ
１１４  電圧ソース
２００  センサ
２０１  電極
２０２  電極
２０３  絶縁体層
２０４  電極接続部
２０５  電極接続部
２０６  ＤＮＡプローブ分子
２０７  電解液／溶液
２０８  ＤＮＡ鎖
３００  インターデジタル電極
４００  生体センサ
４０１  第１の電極
４０２  第２の電極
４０３  絶縁体層
４０４  保持領域（第１の電極）
４０５  ＤＮＡプローブ分子
４０６  電解液／溶液
４０７  ＤＮＡ鎖
４０８  酵素
４０９  開裂性分子
４１０  第１の部分分子
４１１  矢印
４１２  更に別の溶液
４１３  酸化型の第１の部分分子
４１４  還元型の第１の部分分子
５００  ダイアグラム／グラフ
５０１  電流
５０２  時間
５０３  電流−時間曲線形状
５０４  オフセット電流
６００  回路配置
６００’  更に別の回路配置
６０１  センサ電極
６０１Ａ  ストリップ導体
６０１Ｂ  グループ線／配線
６０１Ｃ  接続線／配線
６０１Ｄ  第１の部分
６０１Ｅ  第２の部分
６０１’  対電極
６０１’Ａ  ストリップ導体
６０１’Ｂ  グループ線／配線
６０１’Ｃ  接続線／配線
６０２  第１の回路ユニット
６０３  第２の回路ユニット
６０４  第１のコンデンサ
６０５  第１の電圧ソース
６０６  計数要素
６０７  第１の比較器要素
６０８  第２の電圧ソース
６０９  トランジスタ
６１０  第２の比較器要素
６１１  第３の電圧ソース
６１２  スイッチ
６１３  パルス発生器
６２０  回路配置
６２１  較正デバイス
６２１Ａ  基準電流ソース
６２１Ｂ  基準電流ソース
６２２  スイッチ
６２３  電流ソース
６２４  電流ソース
６２５  スイッチ
６２６  スイッチ
６２７  スイッチ
６２８  スイッチ
６２９  コントローラ
Ｆ１  破線
Ｆ２  破線
Ｋ１  破線
Ｋ２  破線
Ｍ  測定結果
Ｍ０  開始時測定結果
Ｍ１  第１の測定結果
Ｍ２  第２の測定結果
Ｍ３  第３の測定結果
Ｒ  基準電流
Ｒ０  開始時基準電流
Ｒ１  第１の基準電流
Ｒ２  第２の基準電流
Ｒ３  第３の基準電流
Ｓ  センサ電流
Ｔ  時間
Ｔ０  開始時間
Ｔ１  第１の時点
Ｔ２  第２の時点
Ｔ３  第３の時点
Ｕ１  切断
Ｕ２  切断
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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