Skip to main content
SUPERVISOR
رسول دهقانی (استاد راهنما) سید مسعود سیدی (استاد مشاور) ابراهیم غفار زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saghi Forouhi
ساقی فروحی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392
In recent years, there has been a growing interest in developing capacitive biosensors using Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) technology for various life science applications including cellular growth monitoring, DNA hybridization detection, and drug tests. By offering the advantages of low complexity and high precision, CMOS capacitive sensor arrays can be considered as the best candidate for high throughput screening of cellular activities. Since the cultured cells are sensitive to temperature, monolithic implementation of capacitive and temperature sensors on a single chip can increase the accuracy of the system and its immunity against external noises and interferences. The aim of this thesis is to design a multi-sensor consisting of a capacitive biosensor and a temperature sensor in CMOS technology in order to conduct cellular analysis as a part of a lab-on-chip (LoC) platform. In this regard, a primary circuit and also an innovative structure are proposed for each sensor. The capacitive biosensor interfaces are designed based on charge based capacitance measurement (CBCM) method. The first circuit presented as the capacitive biosensor interface, in the first part of this thesis, is a preliminary attempt to improve the resolution and performance of fully differential core-CBCM circuits. Thereafter, a current-mode core-CBCM capacitive sensor is proposed to improve the input dynamic range (IDR) of this kind of capacitive sensors. Based on the simulation results, the proposed circuit offers an IDR ranging from 873aF to 70fF with a resolution about 10aF. The second part of this thesis investigates MOSFET-based smart temperature sensors. The primary design of the smart temperature sensor includes a temperature to current converter and a current-controlled oscillator presented in the literature along with a suitable counter. Thereafter, a novel temperature to frequency converter is proposed which is highly linear in typical conditions. The relative inaccuracy of this temperature to frequency converter (the ratio of inaccuracy to input temperature dynamic range) is about 0.71%.
در سال‌های اخیر، علاقه گسترده‌ای در جهت توسعه زیست‌حسگرهای خازنی CMOS به‌منظور کاربردهای زیست‌پزشکی مثل پالایش رشد سلولی، شناسایی هیبریداسیون DNA و آزمایش‌های دارویی در حال رشد است. آرایه‌های حسگرهای خازنی CMOS به دلیل پیچیدگی کم و دقت زیاد یکی از بهترین گزینه‌ها برای غربال‌گری فعالیت‌های سلولی با بازدهی زیاد هستند. از طرفی، به دلیل حساسیت زیاد سلول‌های کاشته شده به دما، پیاده‌سازی یکپارچه دو حسگر خازنی و حسگر دما بر روی یک تراشه می‌تواند به افزایش دقت سیستم و ایمنی بالا در مقابل نویزها و تداخل‌های خارجی کمک کند. هدف این رساله طراحی یک حسگر چندگانه شامل زیست‌حسگر خازنی و حسگر دما در فناوری CMOS است به‌طوری‌که برای انجام تجزیه‌وتحلیل‌های سلولی در غالب دستگاه‌های آزمایشگاه روی تراشه (LoC) قابل‌استفاده باشد. در این راستا، برای هریک از حسگرهای خازنی و دما یک طرح اولیه و یک طرح پیشنهادی ارائه گردید. در طراحی مدار واسط حسگر خازنی در بخش اول این رساله، روش اندازه‌گیری خازن مبتنی بر بار (CBCM) مورداستفاده قرار گرفت. ابتدا یک طرح اولیه از حسگر خازنی با هدف بهبود دقت تفکیک حسگر و عملکرد مدار دیفرانسیل کامل مبتنی بر CBCM ارائه گردید. سپس، به‌منظور افزایش گستره پویای مدارهای واسطی که از این روش بهره می‌گیرند، یک حسگر خازنی مد جریان با گستره پویای ورودی از aF873 تا fF70 و دقت تفکیک aF10 پیشنهاد شد. در بخش دوم رساله، به‌منظور طراحی حسگر دما نیز روش‌های مبتنی بر ترانزیستورهای اثر میدانی (MOSFET) موردتوجه قرار گرفتند. در طرح اولیه حسگر دمای هوشمند، از مبدل‌های دما به جریان و نوسان‌ساز کنترل‌شده با جریان (CCO) موجود در مراجع به همراه شمارنده مناسب استفاده گردید. سپس، مبدل دما به فرکانس جدیدی پیشنهاد شد که از خطینگی بالایی در شرایط معمولی برخوردار است. عدم دقت نسبی مبدل دما به فرکانس پیشنهادی (نسبت مقدار خطای ناشی از عدم دقت حسگر به گستره پویای دمای ورودی) در حدود q/0 است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی