Аналіз статичних та динамічних похибок аналого-цифрових систем побудови мікроелектронних термодатчиків для біомедичної діагностики

Abstract

Однією з найважливіших вимог до нового покоління мікроелектронних сенсорних пристроїв є зниження енергоспоживання та перехід до однополюсних джерел живлення низької напруги. Можливість розробки сенсорних пристроїв, які б відповідали цій вимозі, з'явилася зовсім недавно. Причиною такого повільного переходу на джерела живлення низької напруги була відсутність високоточних аналогових інтегральних схем, які забезпечували б можливість роботи в повному діапазоні напруг. У цій роботі розглянуто підходи до побудови перетворювачів сигналів мікроелектронних термодатчиків потоку, які відповідають вимогам низьковольтної енергоефективної електроніки. Проблема полягає в тому, що при переході на низьковольтні джерела живлення зменшуються опори первинних перетворювачів термодатчиків. Якщо використовуються схеми, побудовані на функціонально інтегрованих елементах, які здійснюють контрольований нагрів потоку і за допомогою яких визначається градієнт температури в потоці, то виникає проблема впливу блукаючих опорів впливу сигнальних ліній. Проаналізовано принципові схемотехнічні рішення, які частково допомогли вирішити цю проблему. Однак досі не вирішені такі проблеми, як вплив сигнальних ліній, розташованих між функціонально інтегрованими елементами термодатчиків потоку, та енергетичні витрати (включаючи блукаючий розігрів) вихідних кіл підсилювачів керування. Ці проблеми, а також проблеми практичної реалізації режиму струмопостачання функціонально інтегрованих елементів, що забезпечує високу ефективність перетворення сигналу, є предметом схемотехнічних досліджень. Загалом, перетворювачі сигналів, представлені в цій роботі, є результатом комплексного підходу до вирішення проблеми, пов’язаної з удосконаленням технічних характеристик термодатчиків потоку, і ці перетворювачі придатні як для реалізації датчиків мікропотоків (одиниці мілілітрів рідини за хвилину), так і датчиків потоку з великим масообміном (до сотень літрів за хвилину), і відповідають вимогам сучасної енергозберігаючої низьковольтної електроніки в біомедичних дослідженнях.