オンチップ微粒子操作のための容量変化検出回路の低電源電圧化

摘要

本研究では，誘電泳動による微粒子操作において，粒子の捕捉センシングを行う回路を設計した．操作した微粒子が検出用電極付近に近づくと，電極間容量が変化する．CBCM（Charge-Based Capacitance measurement）回路を用いて，センサ電極容量の変化を電流変化として検出し，電流を矩形波に変換することによって，この容量変化を周波数変化として取り出すことができる．さらに，参照信号とセンサ信号をデジタル回路で周波数比較することで容量差を検出し，微粒子を検出する仕組みである．この容量変化検出回路を0.18-μm CMOSプロセスを用いて設計·試作した．実験により，センサとして必要であると考えられる4fFの容量差をデジタルコードで出力できた．設計した回路には，低電源電圧化のための工夫を施した．また，さらなる低電源電圧化のための回路も設計し，シミュレーションによって動作を確認した．