[Geben Sie hier die Überschrift ein] - MPC

Schaltung. Aufgrund der begrenzten Fläche kann die
Kapazität nicht beliebig groß gewählt werden. In diesem
Fall wurde eine Kapazität von 730 fF gewählt.
Der maximal messbare Strom ist somit durch die
minimale Integrationszeit begrenzt. Nimmt man diese
mit
t
int, min
= 1,
0 μs
an, ergibt sich mit einer Ausgangsamplitude von 2,5 V
folgender Maximalstrom:
I
max
= t
U
C
⋅ C
V ⋅ 730 fF
int, min
1 μs
Neben dem Operationsverstärker werden für den Betrieb
der Messschaltung zusätzliche Schaltungsgruppen
benötigt, siehe Abbildung 6 und 7.
Die Eingangsstufe dient dazu, die Messung zu starten
bzw. zu beenden. Hierzu wird der Strom von der
Gold-Elektrode (Au) über den Transistor M6 geführt,
der von einem Steuersignal entsprechend durchgeschaltet
oder gesperrt werden kann. Da beim An- oder
Abschalten der Messung der Spannungssprung der
Steuerleitung über die Kapazitäten im Transistor
(CGD) auf die Messleitung überkoppelt, wird zur
Kompensation ein gleichartiger Transistor (M7) an die
Messleitung angeschlossen und mit dem invertierten
Steuersignal angesteuert; der Drain-Anschluss des
Transistors bleibt floatend. Bei entsprechender Ansteuerung
kann dieser Transistor auch für eine Referenzmessung
genutzt werden, um ggf. unerwünschte
Lichteinflüsse zu ermitteln und von der eigentlichen
Messung zu subtrahieren.
Um die Störung des Messsignals so klein wie möglich
zu halten, wurden die Transistoren (und damit die
parasitären Kapazitäten) ebenfalls klein gehalten.
Über den Transistor M14 kann ein Kalibrierungsstrom
auf die Goldelektrode und anschließend in die
Messzelle geleitet werden, um die genaue Charakteristik
der Zelle zu ermitteln. Gleichzeitig kann so überprüft
werden, ob die Goldelektrode richtig kontaktiert
ist. Außerdem ist ein Transistor (M5) vorhanden, über
den die Integrationskapazität vor dem Beginn einer
Messung entladen werden kann, um eine definierte
Ausgangsbedingung zu erzeugen. Die Anordnung der
Messzellen in einem Array erfordert eine gemeinsame
Datenleitung für eine Spalte des Arrays. Um die einzelnen
Messzellen nacheinander auf die Leitung zu
schalten, wird ein Transmission Gate [15] zwischen
dem Ausgang des Operationsverstärkers und der Spaltenleitung
eingesetzt Abbildung 7). Da ein Transmission
Gate sowohl mit einem invertierten und nichtin-
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ENTWICKLUNG EINER CMOS PIXELZELLE ZUR
CHARAKTERISIERUNG VON PEPTID-BASIERTEN FOTODIODEN
Abbildung 8: Ablauf eines Messzyklusses.
vertierten Steuersignal angesteuert werden muss,
kommt hier ebenfalls der oben beschriebene Inverter
zum Einsatz. Auch hier wurden die Transistoren möglichst
klein gehalten, um die Lastkapazität für die
Messschaltung zu verringern. Dies ist hier umso wichtiger,
da die Kapazitäten auch bei abgeschaltetem
Transmission Gate auf die Datenleitung wirken.
B. Ablauf einer Messung
Zuerst wird die Integrationskapazität entladen (Reset),
danach sofort die Messung gestartet (Meas). An
der Spannung V(C_int) kann man sehen, wie sich die
Spannung über der Integrationskapazität aufbaut. Die
Spannung am Eingang (Au_In) wird dabei für die
Dauer der Messung auf Höhe der Referenzspannung
gehalten. Nach Beendigung der Messung bleibt die
auf dem Kondensator gespeicherte Spannung erhalten.
Soll das Ergebnis nun ausgelesen werden, wird, ausgelöst
durch das (Select)-Signal, die Spannung über das
Transmission Gate auf die Datenleitung übertragen
(Out), von wo aus sie einem AD-Wandler zugeführt
werden kann. Die Dauer der Übertragung der Spannung
auf die Datenleitung (Wartezeit, bis die Spannung
nach Anlegen des Select-Signals ausgelesen
werden kann) variiert; sie ist abhängig insbesondere
von der Ausgangskapazität (Transmission Gates und
Datenleitung) sowie von der vorhergehenden Spannung
der Datenleitung, und dem Strom, der über den
Operationsverstärker abfließen bzw. von diesem aufgebracht
werden kann. Nach dem Abschalten des
Transmission Gates kann die nächste Zelle in der
Spalte ausgelesen werden.