一种应用于生物荧光试验的0.18-μm CMOS检测系统的设计

设计了一种适用于生物试验的CMOS荧光检测系统。该系统集成了CMOS工艺光电探测器， CTIA读出电路和12-bit流水线模数转换器并通过0.18-μm标准CMOS工艺进行流片验证。设计中采用了一些特殊技术来实现微弱光检测，例如“接触式”检测方法，伪差分电路结构，冗余光电二极管和T型复位开关。试验结果表明，采用CTIA读出电路的Nwell/Psub型光电二极管在515 nm处拥有0.1 A/W的光电转换灵敏度以及300 fA的暗电流。所设计的模数转换器具有最大微分非线性0.8 LSB和最大积分非线性3 LSB。该芯片能够在50 ms的积分时间下感应到浓度为20 ng/ml 的荧光素溶液产生的荧光信号并产生7 fA 的光电流。该芯片面积3 mm2 ，消耗功耗37 mW。