طیبه آزاد موسوی

امروزه تشخیص به هنگام عوامل موثر بر سلامتی فردی روشی غیرقابل جایگزین جهت پیشگیری از انواع بیماری ها است. در این راستا، محققین انواع مختلف حسگرهای زیستی را معرفی و توسعه داده اند. از طرفی دیگر، یکی از چالش های مهم در زمینه پزشکی امکان آزمایش تشخیصی بر بالین بیمار است که نیاز به انتقال بیمار یا نمونه به آزمایشگاه را کاهش می دهد. این مهم به کمک فناوری آزمایشگاه روی تراشه صورت می گیرد. از میان انواع فناوری های مختلف مجتمع سازی، CMOS امکان پیاده سازی تعداد زیادی از ترانزیستورها برروی یک بستر فعال و در نتیجه قابلیت پیاده سازی آزمایشگاه روی تراشه را فراهم می کند. حسگرهای CMOS با امکان ادغام روش های سنجش مختلف در یک پلت فرم فشرده و مقرون به صرفه، زمینه حسگرهای زیستی را به طور قابل توجهی تغییر داده اند. یکی از پرکاربردترین مدارها در زمینه حسگرهای زیستی نوسانگر سلفی-خازنی است که نقش مهمی در شناسایی نمونه مورد بررسی یا خواندن اطلاعات را دارد. در حالت کلی در سنسورهای مبتنی بر نوسانگر، سلف نوسانگر نقش حسگر را برعهده دارد. در کاربرد شناسایی نمونه پس از اعمال نمونه، اندوکتانس سلف تغییر پیدا می کند و در نتیجه فرکانس سیگنال خروجی تغییر می کند. برای اینکه تشخیص نمونه به درستی صورت گیرد بایستی تغییرات فرکانس فقط در اثر اعمال نمونه باشد نه ناشی از تغییرات ناخواسته همچون تغییرات ولتاژ تغذیه، دما یا پروسه طراحی. امروزه در زمینه حسگرهای زیستی طراحی یک نوسانگر با توان کم، نویز فاز کم و عملکرد مناسب در برابر تغییرات پروسه، ولتاژ و دما یکی از چالش های بسیار مهم است. هدف در این طرح پژوهشی بررسی موارد فوق الذکر و طراحی، شبیه سازی و بهینه سازی ساختار یک نوسانگر برای کاربردهای زیست حسگر است. نوسانگر پیشنهادی بسیار کم مصرف (تنها 233 میکرووات در ولتاژ 0.9 ولت) ارائه شده این طراحی فرا کم‌مصرف از یک معماری استفاده مجدد از جریان و یک طرح نوین حسگر دینامیکی دامنه بهره می‌برد که منجر به خروجی‌های متعادل تفاضلی و عملکرد پایدار در برابر تغییرات فرآیند ساخت، ولتاژ و دما می‌شود. این نوسانگر که با فناوری 180 نانومتر CMOS طراحی شده، به نویز فاز 4/120- دسی‌بل بر هرتز در فاصله 1 مگاهرتزی از فرکانس حامل دست یافته و ضریب شایستگی مقاوم آن در محدوده65/196- تا 33/194- دسی‌بل بر هرتز تحت نوسانات حدود 9% در ولتاژ تغذیه قرار دارد. همچنین، نتایج ضریب شایستگی نشان می‌دهد که این مدار حتی تحت تأثیر تغییرات 10% در ولتاژ آستانه نیز عملکرد مطمئن خود را حفظ می‌کند. این ویژگی‌ها، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای پیشرفته حسگرهای زیستی تبدیل کرده است