СПОСОБ ВЫРАВНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАНАЛОВ РЕГИСТРАЦИИ МНОГОКАНАЛЬНОГО НАНОПРОВОДНОГО ДЕТЕКТОРА
METHOD FOR ALIGNING REGISTRATION CHANNEL PARAMETERS OF A MULTICHANNEL NANOWIRE DETECTOR

Определения
Нанопроволочный детектор (НП) - полевой транзистор с изолированным затвором, канал сток-исток которого представляет собой чувствительный к внешнему воздействию открытый провод (нанопровод) шириной в несколько десятков нанометров и длиной в несколько сот нанометров.
Нанопроводной чип - несколько нанопроводов конструктивно расположены на одном кристалле так, что электрод затвора для них является общим.
Нанобиосенсор (НБС) - аппаратно - программный комплекс, состоящий из нанопроволочных детекторов, жидкостной кюветы для исследуемого образца, электронной схемы регистрации, компьютера и программного обеспечения.
Канал измерения нанобиосенсора (КИНБС) - состоит из НП, преобразователя ток-напряжение, первого сумматора напряжения, усилителя напряжения с переменным коэффициентом усиления, второго сумматора, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП).
СЗХ - сток-затворная характеристика канала.
Vз - напряжение на затворе НП.
Vз_max - максимально допустимое значение напряжения на затворе.
Vси - напряжение сток -и сток НП.
Iси - ток в цепи сток-исток НП.
Vвых(i) - напряжение i-го канала нанобиосенсора, пропорциональное Iси(i):
Vвых(i)=КУ(i)*Iси(i). Это напряжение преобразуется АЦП и регистрируется нанобиосенсором.
КУ(i) - коэффициент пропорциональности (усиления) КИНБС(i).
V(1)вых, V(2)вых - текущее значение напряжения на выходе канала 1 и канала 2 нанобиосенсора.
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к области «Измерение электрических и магнитных величин» G01R по Международной патентной классификации.
Известен единственный 16 канальный нанобиосенсор NanoBioSensor™ System производства компании Vista Therapeutics, Inc. 3900 Paseo del Sol Santa Fe, NM 97507 505-474-3143 lnfo@vistatherapeutics.org Or call us at 505-474-3143, где применен способ выравнивания параметров каналов измерения с помощью изменения напряжения на затворах нанопроводов.
Задача изобретения - создание многоканального нанобиосенсора, сквозные характеристики всех каналов измерения НП которого лежат в заданных пределах.
Техническим результатом является возможность получения сигналов нанобиосенсора при определенном напряжении Vз, которые можно аналитически сравнивать и получать достоверные результаты анализа.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве выравнивания параметров каналов регистрации многоканального нанопроводного детектора, новым является то, что выравнивание свойства каналов определяются не только за счет близости характеристик НП, усилителей, сумматоров, а за также за счет возможности подбора коэффициента усиления каждого усилителя, добавления к сигналу постоянных составляющих для компенсации отклонения от нуля при нулевом значении напряжения на затворе и отклонения из-за разных коэффициентов усиления каналов НП при рабочем напряжении на затворе, и это осуществляется автоматически.
Рассмотрим работу устройства подробно на примере двухканальной системы по шагам. Блок-схема устройства приведена на рис. 1.
1. Регистрируем значения Vвых(1) и, Vвых(2) при Vз=0 и КУ(1)=КУ(2)=1 (т.е. напряжение на выходе ЦАП3=1, На выходе ЦАП4=1, на выходе ЦАП1, ЦАП2, ЦАП5, ЦАП6 напряжение равно нулю) в течение времени Т0.
2. Находим среднее значение <Vвых(1)> и <Vвых(2)> за время Т0.
3. На выходе ЦАП1 устанавливаем напряжение - <Vвых(1)>.
4. На выходе ЦАП2 устанавливаем напряжение - <Vвых(2)>.
5. Изменяем Vз от 0 до Vз_max и регистрируем зависимость Vвых(1) и <Vвых(2)> от Vз, т.е. получаем сток-затворные характеристики (СЗХ) каналов при единичном значении коэффициента усиления усилителей и нулевых значениях напряжения на выходах ЦАП5 ЦАП6.
6. Находим производные СЗХ (крутизна характеристики) от напряжения на затворе.
V'(1)=d{Vвых(1)}/d{Vз} и V'(2)=d{Vвых(2)}/d{Vз}
7. Находим максимальные значения функций V'(1) и V'(2), обозначм их как V'(1)max и V'(2)max.
8. Определяем, какие значения Vз_1 и Vз_2 соответствуют V'(1)max и V'(2)max.
9. Находим рабочее напряжение на затворе как среднее Vз_раб=(Vз_1+Vз_2)/2.
10. Находим значения Vвых(1) и Vвых(2) при Vз_раб для обоих каналов.
11. Определяем Vmin - наименьшее значение из Vвых(1) и Vвых(2) при Vз_раб.
12. Определяем значение коэффициента усиления каждого канала:
КУ(1)=Vmin/Vвых(1), КУ(2)=Vmin/Vвых(1).
13. Устанавливаем значения напряжения на выходе ЦАП3=КУ(1), ЦАП4=КУ(2).
14. Рагистрируем СЗХ с новыми значениями КУ каналов. Теперь при Vз_раб крутизна характеристики обоих каналов равны.
15. Находим значение Vвых(1) и, Vвых(2) при Vз_раб.
16. Находим среднее значение <Vвых>={Vвых(1)+Vвых(2)}/2 при Vраб.
17. Находим значения отклонения ΔV(1)=<Vвых>-V(1) и ΔV(2)=<Vвых>-V(2) постоянных составляющих сигнала канала от среднего значения <Vвых>.
18. С помощью Сумматора 2 подтягиваем сигналы каналов к значению <Vвых>, установив соответствующие напряжения ЦАП5=ΔV(1) и ЦАП6=ΔV(2).
19. Устанавливаем Vраб.
20. Нанобиосенсор готов к регистрации сигнала с образца.
Заявляемое устройство имеет отличительный признак, влияющий на достижение технического результата. Это - использование усилителей с переменным коэффициентом усиления и сумматоров для коррекции постоянных составляющих сигналов каналов НП, что позволяет использовать для регистрации и анализа сигналов НП, имеющие характеристики с существенным технологическим разбросом и таким образом снизить требования производства к повторяемости НП, что повышает процент годных к использованию НП и поэтому существенно удешевляет производство НП.
Краткое описание чертежей
Рисунок 1. Блок-схема нанобиосенсора с двумя нанопроводами. НП-нанопроводной детектор. ПТН - преобразователь ток-напряжение. ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь.
Сумматор - суммирует к сигналу постоянное напряжение, выработанное ЦАП. Цифра в скобках показывает, к какому каналу относится сумматор, умножитель или ЦАП.