23485

ELE2 451

كارشناسي ارشد

مهندسي برق - مدارهاي مجتمع الكترونيك

فني و مهندسي

1402/06/30

89 ص.

مهدي حبيبي

حسگر الكتروشيميايي , آمپرومتري , پتانسيواستات , مدارهاي بازخواني جريان , ساختار آرايه¬اي حسگرها , مدارهاي بازخواني كم توان

حسگرهاي الكتروشيميايي كاربرد گسترده¬اي در دنياي امروز دارند. مثلاً در پزشكي براي تشخيص غلظت گلوكزِ خون و يا pH خون استفاده مي¬شوند و يا در صنايع غذايي براي شناسايي غلظت مواد مختلف و يا در تشخيص¬هاي محيطي استفاده مي¬شوند. در صنايع كشاورزي و صنعتي و تشخيص¬هاي محيطي نيز كاربردهاي گسترده¬اي دارند. امروزه اين حسگرها با استفاده از مدارات الكترونيكي پيشرفته،¬ از دقت بالاتر و همچنين توان مصرفي پايين¬تر و نيز سرعت پاسخ¬دهي بالاتر برخوردار هستند. در برخي از اين حسگرها، به عنوان مثال حسگرهايي كه در ادوات كاشتني در بدن استفاده مي¬شوند بحث توان مصرفي حائز اهميت است و اين توان مصرفي بايد تا حد قابل قبولي پايين باشد. در اين پژوهش ابتدا ساختارهاي مختلف پتانسيواستات براي خواندن اطلاعات از حسگرهاي الكتروشيميايي بررسي مي¬شوند. سپس پتانسيواستات مبتني بر ساختار سوئيچينگ، به عنوان يك پتانسيواستات كم توان بررسي مي¬شود. در طرح اول سعي مي¬شود توان اتلافيِ اين ساختار، از طريق اعمال ولتاژ بدنه به ماسفت¬هاي قدرت كاهش داده شود. در طرح دوم ساختاري ارائه مي¬شود كه به صورت خودكار ابعاد ماسفت¬هاي قدرتِ ساختار سوئيچينگ را تنظيم مي¬كند. تنظيم ابعاد ماسفت¬ها در هر حالت با توجه به جريان حسگر الكتروشيميايي انجام مي شود، در اين صورت توان اتلافي در جريان¬هاي مختلف در حالت بهينه قرار مي¬گيرد. در طرح سوم ساختار ديگري بيان مي¬شود كه به صورت خودكار به گيتِ ماسفت قدرت ولتاژ اعمال مي¬كند. مقدار اين ولتاژ در هر حالت با توجه به جريان حسگر الكتروشيميايي تعيين مي¬شود. در اين طرح نيز هدف قرار گرفتن توان اتلافي در حالت بهينه براي جريان¬هاي مختلف حسگر است. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد در رنج جريان خروجي10 نانوآمپر تا 10 ميكروآمپر لزومي به تنظيم ديناميكي رسانايي كليد ها نيست و انتخاب ابعاد مناسب در هنگام طراحي كفايت مي كند. با اين وجود كنترل ولتاژ گيت پايين بر به صورت ديناميكي مي تواند تاثير مثبتي در بهبود توان داشته باشد

Electrochemical sensor , Amperometry , potentiostat , Current readout circuits , Sensor array structure , Low power readout circuits

Design of a Low Power Readout Circuit for an Electrochemical Array

مهندسي برق

Electrochemical sensors have a wide range of applications in today's world. They are used in the medical field to detect blood glucose concentrations or blood pH levels, in the food industry to determine the concentration of various compounds, and for environmental monitoring purposes. They also have broad applications in agricultural, industrial, and environmental detection sectors. These sensors, equipped with advanced electronic circuits, have a higher precision, lower power consumption, and faster response times presently. For some sensors, such as those implanted in the body, power consumption is a critical issue, and it should be reduced to an acceptably low level. This study initially examines different potentiostat structures to read information from electrochemical sensors. Subsequently, a switching-structure-based potentiostat as a low-power potentiostat is investigated. In the first design, an effort is made to reduce the structure's power dissipation by applying body voltage to the power MOSFETs. The second design presents a structure that automatically adjusts the dimensions of the power MOSFETs in the switching structure. This adjustment is carried out in each state based on the current of the electrochemical sensor, ensuring the power dissipation is optimized for different currents. The third design outlines another structure that automatically applies voltage to the gate of the power MOSFET. The value of this voltage in each case is determined by the current of the electrochemical sensor. The aim here is also to place power dissipation in an optimal state for different sensor currents. The research results indicate that in the output current range from 10 nanoamperes to 10 microamperes, there is no need for dynamic adjustment of the switches' conductivity, and selecting appropriate dimensions during the design phase is sufficient. Nevertheless, dynamic control of the low gate voltage can positively impact power improvement

4