专利名称：具有异步环形振荡器电路的电容传感器和电容传感方法
技术领域：
本发明涉及电容传感器，具体地，涉及能够用作生物传感器的电容传感器，例如用于DNA识别或指纹识别的传感器。本发明还涉及一种用于电容传感的方法。
背景技术：
电容传感器具有广泛的应用，已知一定的电容传感器用于例如DNA识别或指纹识别之类的生物传感应用。但是，越来越需要相对廉价、可靠和相对可任意使用的电容传感器用作生物传感器，特别是随着执行DNA识别的需求增长。针对DNA识别，需要研究数量非常大的DNA序列，以便确定研究中的样本中是否存在特定的DNA序列。
已知的是，能够利用特定的DNA链来预处理电极，当将溶解状态的DNA与已预处理的电极相接触并且溶液中存在的DNA链和预处理在电极上的DNA链之间存在匹配时，在已预处理的电极和设置在该已预处理电极附近的另一个合作电极之间出现了非常小的电容变化。如果使用了非常大的这种电极阵列，则可以在合理的时间周期中识别DNA，这是因为能够同时执行大量的链比较。因此，通过测量当DNA链之间存在匹配时出现的电容变化能够识别DNA。但是，由于必须将大量DNA链与测试中的样本进行比较，因此压力在于不仅必须使用非常多的传感器，而且这些传感器必须可靠地操作以获得有意义的结果。
已经提出了多种形式的化学传感器，例如生物传感器。一种类型的多生物传感器包括pH传感器，具有四个离子灵敏场效应管(ISFET)与四个金属氧化物硅场效应管(MOSFET)相组合的阵列形式，用作源跟踪器电路。然而，为了提供ISFET之间的充分绝缘，所提出的阵列的体积相当大。此外，ISFET是晶体管形式，出现了被测试的溶液和这种器件的电绝缘问题。为了缓解绝缘问题，提出了在硅层上按照蓝宝石衬底所支撑的多个离散位置的形式来制造ISFET和MOSFET。
由于其优异的电绝缘形式，因此将蓝宝石用作衬底材料。然后在ISFET的栅极表面上形成保护性的隔膜，之后是分别对于要测试的化合物敏感的隔膜。因此这样制造的传感器用作pH传感器并且可以用于检测尿素、葡萄糖和钾。然而，如上所述，传感器阵列具有相当大的尺寸，仅对于一个四传感器阵列，测量为大约宽度是2mm，而长度是6mm。此外，蓝宝石衬底只能用于制造有限大小的阵列，并且众所周知的是，与使用硅制造阵列相关的问题随着阵列尺寸的增大而增加。此外，硅，特别是蓝宝石衬底材料相当的昂贵，因此以上类型的化学传感器制造成本非常高。当考虑到该多种类型的传感器在丢弃前只使用了一次时，成本方面尤其是个负担。因此，在实际中，这种传感器并不适于DNA识别。
最近，已经提出了亚微米CMOS技术，用于针对DNA分析的生物阵列的制造。该技术能够在具有几个平方毫米数量级大小的衬底上制造最多大约1000个传感器单元的阵列。但是，当在只能生长到有限大小的硅衬底上制造CMOS器件时，所提出的阵列具有较高的封装密度。
为了将有源CMOS器件和潮湿的操作环境相隔离，按照在两个叠放并且密封封装的印刷电路之间设置的空腔的形式，提供了特定的集成反应测试室。通过加热并利用生化处理，将要分析的DNA材料分离为两个链，利用荧光分子标记这些链。然后将包含DNA链的分析物与半导体芯片接触。如果DNA链具有与设置在传感器的电极上的目标DNA链相匹配的序列，则会出现杂化作用，这导致DNA样本在芯片的适当电极上的物理定位。然后，冲洗芯片并利用CCD摄像机读取传感器。由于已经利用荧光分子标记了DNA链，器件的电极上的相对亮度表示了何处出现了接合。这种器件的应用性中的关键问题在于材料的兼容性、制造和封装，以便可靠地表达了一种湿片概念。由于需要在硅衬底材料上实现较高的封装密度，可以对这些需要进行折衷。此外，如以上说明清楚所述，制造这种生物传感器相当地昂贵。
当用于传感表现出容性效应的物质时，例如上述匹配DNA序列的物质，还存在与硅晶片器件的性能相关的考虑。典型地，MOSFET包括由硅掺杂衬底上支撑的相当薄的二氧化硅(SiO2)层。SiO2层具有与层的厚度成反比的固有电容。如果制造SiO2，使其典型厚度为100nm，则器件存在明显的容性信号损失，这是由于SiO2层的固有电容。如果将SiO2层制造得非常薄，以改善信号输出，则器件在使用中变得非常不稳定。如果使传感电极非常小则能够缓解这些设计冲突。但是，必须制造传感电极到一尺寸，在需要接收被识别的物质时，能够实际使用。因此，在实际中必须使MOSFET栅极面积相当大，而这引起有关使用用于化学传感器的硅晶体管的基本制造问题，其中，相当大栅极面积的设置明显降低了在有限尺寸的硅衬底上所能容纳的晶体管的封装密度，由此减少了传感器阵列中能够容纳的传感器单元的数目。
由于相对便宜的非硅材料，例如能够用作衬底的钠玻璃或塑料，制造薄膜晶体管(TFT)相对便宜。由于与硅相比是相对容易任意使用的材料，因此塑料衬底的使用能够提供额外的益处。此外，能够容易地将TFT制造为非常大面积的阵列，并且这种技术已经广泛地应用于工业中，例如在液晶显示器件的有源寻址方案的制造中。因此，很好地证实了这种制造工艺，并且能够以相当低的成本容易地获得可操作器件的较高产量，尤其当与硅衬底器件相比较时。当考虑到还能够可靠地制造比根据硅衬底的可用阵列大多倍的阵列时，进一步强化了这些优点，这由此意味着还能够制造非常多数目的传感单元，并能够执行非常多数目的同时测试。
对于实际中的化学或生物传感器，当实现非常高封装密度的需要并不是器件设计中的主导因素时，与传统上使用的硅器件相比，以相当低的成本容易地制造较大面积阵列的TFT的能力呈现出明显的优势。因此，如果必要，与接收要识别样本的阵列的每个传感器单元相关的区域可以对有源半导体元件发生移位，这缓解了存在于当前硅衬底器件中的绝缘问题。此外，能够使按照用于DNA传感器的电极形式的、用于接收要识别样本的传感区域的尺寸相当大，这增大了传感面积并增强了器件性能。此外，使用增大的传感面积还能够提供的益处在于，根据在使用这些器件的多个当前实际应用中的发现，能够减小TFT的封装密度，根据现有的制造工艺，这提供了全功能器件的产量提高。
已知TFT与硅衬底相比显示出较低的移动性，并且当制造大阵列的晶体管器件时，这对于生物传感器尤其有益，TFT在阵列中的晶体管之间表现出转移特性的变化。当阵列尺寸增大时，这些变化变得更加显著，尤其是对于DNA生物传感器，其中典型地，需要分析非常多数目的样本以识别样本，当减少分析样本并由此识别特定DNA所需的时间时，较大面积的阵列具有非常明显的益处。
因此，认为具有以下特点的生物传感器尤其具有优势和益处能够克服与TFT性能变化相关的潜在缺点，并使这种器件能够容易并可靠地用作有源器件，用于根据传感器单元的较大阵列的形式的化学传感器。
发明内容
因此，本发明寻求提供一种电容传感器的改进形式，具体地，提供一种用作生物传感器的电容传感器的改进形式，能够利用TFT制造所述生物传感器，所述生物传感器能够补偿已知这种器件中存在的操作特性的变化。
根据本发明的第一方面，提供了一种电容传感器，包括设置为异步环形振荡电路的多个电路组件以及与两个电路组件之间的节点相连的电极。
优选地，所述电路组件包括延迟电路和相连的反相器，以便提供先入先出(FIFO)电路组件。
根据本发明的第二方面，提供了一种DNA传感器或指纹传感器，包括根据本发明第一方面的电容传感器。
根据本发明的第三方面，提供了一种电容传感方法，包括设置传感器，所述传感器包括设置为异步环形振荡电路的多个电路组件；以及通过传感异步环形振荡电路的振荡频率的变化来传感与两个电路组件之间的节点相连的电极处的电容。
有利地，该方法包括设置多个延迟组件和相连的反相器，以便包括FIFO电路组件。
优选地，所述电容传感方法包括生物传感方法，包括将DNA样本沉积到电极上以实现DNA识别，或将人的手指轻触电极，以实现指纹识别。
现在，参考附图，仅作为实例说明本发明的实施例，其中图1示意地示出了FIFO组件；图2示意地示出了串联的图1所示的多个组件，以提供FIFO电路；图3示出了图2所示电路的波形图；图4示意地示出了根据本发明第一实施例的电容传感器；图5示意地示出了根据本发明第二实施例的电容传感器；图6示出了根据本发明第三实施例的电容传感器；以及图7示出了设置为电容传感器阵列的电容传感器，并且包括开关电路，以便选择性地将电极与传感器相连。
具体实施例方式
图1示出了“先入先出”(FIFO)组件2。FIFO组件2包括两个延迟电路4和6，(本领域通常称为马勒C元件)，每个电路具有两个输入、一个输出；以及分别与一个输入相连的各个反相器电路8、10。延迟电路4的输入12与“确认输出”端子Aout和延迟电路6的其中一个输入(同相输入)相连。延迟电路6的输出14经过反相器8与延迟电路4的第二输入(反相输入)和“请求输出”Rout相连。延迟电路4的第二输入(同相输入)与“请求输入”端子Rin相连，并且延迟电路6的第二输入(反相输入)与“应答输入”端子Ain相连。
在操作中，设置FIFO组件2，以便在请求输入Rin上接收输入数据信号，例如逻辑1。通过延迟电路4和6传送该数据信号，从而使其在输入到请求输入端子Rin之后的预定时间出现在请求输出端子Rout，通过延迟电路4和6的组合延迟来设置预定时间。还将传送到请求输出端子1Rout的逻辑1数据信号传送到反相器8。因此，逻辑0出现在与反相器8相连的延迟组件4的输入处，然后，在由延迟电路4和6确定的时间，将该逻辑0传送到请求输出端子Rout。因此，FIFO组件充当具有存储器的线性缓冲器形式。
图2示出了有效串联的四个FIFO组件A、B、C和D，以便提供FIFO电路，并且参考该图和图3来描述FIFO组件的操作，图3示出了表示FIFO组件A、B、C和D的切换的波形图，在本领域还将这种FIFO电路称为微型管线。
与针对图1所示的FIFO组件2的情况相类似，每个FIFO组件A、B、C和D具有各自的“请求”和“应答”输入和输出端子。在以下的描述中，假设在启动时，FIFO组件的所有输出都是逻辑0，并且逻辑1数据信号出现在请求输入RiA，并由此出现在延迟电路DA1的输入in1。该逻辑1信号通过延迟电路DA1和DA2，在通过延迟电路DA1和DA2的组合延迟所确定的时间之后，出现在端子RoutA处。还将该逻辑1提供到反相器IA1，由于是反相电路，反相器IA1在其输出处提供响应逻辑0，即，在延迟电路DA1的第二输入in2处。因此，如图3中的波形A所示，在时间t1，来自FIFO组件A的变为高。
图2中所示的FIFO组件B、C和D按照与FIFO组件A相类似的方式进行操作，因此，端子RoutA处的数据信号逻辑1经过延迟电路DB1和DB2到达端子RoutB和反相器IB1。
同时，尽管逻辑0数据信号已经出现在了请求输入RiA上，来自FIFO组件A的输出仍然不会变为低，直到来自FIFO组件B的输出AoutB已经经过端子AinA返回到组件A的延迟电路DA2。当延迟电路DB1的输出变为高，反相器IA2的输出以及因此延迟电路DA2的输出变为低时，会出现这种情况。图3中的时间t3处示出了这种情况。
这实现了通过FIFO组件A、B、C和D的波动，由此FIFO组件C的输出在时间t4变为高，这引起FIFO组件B的输出在时间t5变为低；对于FIFO组件C和D也是一样，如图3所示。
图4示出了连接为异步环形FIFO电路20的四个组件，可以理解的是，由于将FIFO电路连接为环形，因此其中任一电路变为高并引起环形中的在前电路变为低这一效应会通过环进行波动(ripple)。因此，环形FIFO将表现出振荡的自然频率，具有通过与环相连的FIFO的延迟电路所主要确定的周期。利用本发明，已实现以下功能当这种变化改变了由环的延迟电路所提供的延迟时，该振荡的频率对于电容的变化非常灵敏。
图4示出了与环形FIFO 20的两个FIFO组件之间的节点相连的电极E1。因此，如果将诸如DNA样本之类的材料与电极E1接触，DNA样本的DNA链的序列和预处理到电极上的DNA链的序列之间的任何匹配都会引起电极E1和反电极E2之间电容的变化。因此，本质上，电极E1和E2构成了电容器C的极板，而DNA链构成了电容器的极板之间的电介质。电容的变化取决于电极E1和E2的面积，但是典型地，对于具有100平方微米面积的电极而言，DNA链之间的匹配引起了大约0.07皮法的电容器的电容值的变化，但是，由于已经发现FIFO环形电路的振荡频率对于环中电容值的较小变化非常灵敏，即使电容器C的非常小的电容值变化也足够引起环形FIFO的振荡频率的可检测变化。
图5示出了一种包括异步环形FIFO振荡电路的电容传感器的实际结构。
环形FIFO 20具有与用于接收要测试样本的电极E1相连的节点，该电极E1与电极E2相结合提供了电容器C，其电容值与FIFO组件的延迟电路相结合，确定了环形FIFO 20的振荡频率。生物传感器包括与计数器24相连的定时器22，计数器24与环形FIFO 20的输出相连。计数器24在从定时器22接收的时钟信号26所确定的计数周期期间，计数环形FIFO的振荡周期。计数器24与存储了由计数器提供的计数值30的寄存器块28相连。寄存器块28与微型控制器32相连，微型控制器32处理存储在寄存器块中的计数值，以提供能够识别与电极E1相接触的样本的数据输出。
在操作中，首先，通过计数在由定时器电路22的时钟脉冲26所确定的设置时间周期T中的振荡周期来归一化图5所示的电容传感器。将此称为“归一化阶段”。由于环形FIFO 20作为异步环形振荡器电路进行操作，因此只通过组成FIFO环的电路组件的元件来确定振荡的频率，而不是通过外部的同步时钟脉冲。选择时间周期T，以使计数尽快完成，该归一化阶段能够在时间上跟踪任何过程变化。结果，计数器24提供了存储在寄存器块28中的第一计数值30。然后将DNA样本或人类手指的指尖区域之类的要测试的样本与电极E1相接触。将此称为用于电容传感器的测量阶段。样本引起了电容器C的电容值的变化，由此引起了异步环形FIFO电路20的振荡频率的变化。计数器24再次在时间周期T期间，来计数环形FIFO电路20的振荡，从而产生也存储在寄存器块28中的第二计数值。然后，微型控制器32比较第一和第二计数值，其差值是表示在电极E1上的样本的量化测量。微型控制器32可以包含查找表，并且将第一和第二计数值之间的差值依次与存储在查找表中的值进行比较，从而提供量化测量。对于本领域的技术人员而言，该过程是显而易见的，因此不在本发明的上下文中进一步进行描述。
可以将环形FIFO电路20、定时器22、计数器24、寄存器块28和微型控制器32都设置在单个芯片上，作为集成电路，其中数据输出具有适当的格式，用于直接与个人计算机相连。微型控制器32可以包括查找表，利用该表可以比较差值，或可选地，微型控制器32可以只用于提供差值，将所述差值提供到其中存储了查找表的个人计算机。
在图5所示的实施例中，在设置的时间周期T中计数振荡周期。但是，可选地，通过提供确定存储在寄存器块28中或装入针对特定电容传感操作的寄存器块中的时间周期T的数据值，来选择时间周期T。在任一情况下，均可以将数据值从寄存器块28读取到定时器26中，从而设置计数周期T。
已知例如集成电路之类的半导体电路包含固有电容，例如出现在MOS器件中的SiO电容。因此，异步环中的FIFO组件的数目最好保持尽可能的少，以便使环中的固有电容最小，由此提高环形电路对电容器C的电容值变化的灵敏度。这通常还向电容传感器提供了更容易控制并且更稳定的环境。已经发现只使用两个FIFO组件(每一个如图2所示)来提供异步环形FIFO较为有利，由于在环中出现了更少的延迟电路，因此这提供了相当高的环振荡频率。由此，还能够使计数环的振荡期间的周期T最小，这提供了电容传感器的有效操作。
为了能够进行异步环FIFO电路的操作，需要在其请求输入Rin上利用数据逻辑1来预置至少一个FIFO组件。然而，还可以向异步环FIFO振荡器提供多于一个的预置FIFO组件，例如如图4所示Cp的两个预置组件。
还可以通过在归一化阶段和/或测量阶段期间使用平均技术来进一步提高电容传感器的精确度。在这种情况下，在多个时间周期T中记录第一和/或第二值，然后将其平均以提供一个或多个平均第一和/或第二计数值值，然后将此值进行比较，从而提供随后与查找表进行比较的差值。
考虑到参考图1到5所述的FIFO环形振荡器电容传感器，提供特别有利的电容传感器。FIFO电路的使用实现了可靠的传感器，即使使用薄膜晶体管(TFT)来实现电路组件。如上所述，由于其预期的应用，作为选择塑料或其它可任意使用材料作为衬底材料的结果，使用TFT非常有利于那些易于任意使用的传感器。此外，能够使用有机材料来制造TFT以及电路互连和绝缘区域，与用于制造CMOS硅晶体类型器件的更容易受到环境影响的材料相比，这还更容易任意使用。
此外，由于将每个FIFO电路的延迟组件之一保持在其当前状态，直到后面的FIFO延迟组件的输出变为有效，这种设置提供了操作非常稳定的电路。这与每个FIFO电路能够在每个延迟组件的一个输入上包括由TFT制造的反相器电路无关。应当指出，本领域的技术人员众所周知的是，利用TFT非常难以制造具有恒定定时特性的反相器电路，这是因为p和n沟道TFT器件的特性有很大不同。因此，在实际中通常不将TFT用于制造反相器电路。此外，使用FIFO电路所引起的附加好处在于发现不会产生在反相器电路类型环形振荡器中能够找到的矮脉冲(runt pulse)，尤其是在那些大于环中反相器的最小数目的情况下。
此外，已知环形振荡器的振荡频率与两个主要因数成比例。首先，频率与每个反相器的延迟成比例，因此为了使振荡频率的变化最大，非常需要使固有电路延迟最小。由此这意味着应当使用最少的级数来实现电路环。其次，振荡频率取决于当对由传感电极构成的电容器进行充电时的延迟。当使用FIFO电路组件制造传感器时，已发现只使用两个FIFO电路也能够提供可靠的操作，这是因为在FIFO组件中设置了必要的缓冲。相反，其它设计结构被迫使用相当大的总环形延迟，因此相对增加了级数(具有灵敏度损失的结果)以继续保证快速上升和下降信号沿，与环形FIFO电路所提供的相类似，这提供了精确和恒定的定时。
因此，总而言之，通过使用针对电容传感器的FIFO电路组件，发现产生了惊人和明显的益处。
图6示出了一种针对异步环形振荡器电路的可选结构，所述电路包括利用电极E1连接为环的多个反相器电路40、42和44，其中按照与图4所示的环形FIFO电路相类似的方式，电极E1形成了与环相连的电容器C的一个极板。在图6所示的电路中，示出了三个反相器电路，但在实际中，应使用多个这种电路以保证在环形反相器电路的周期完成之前，能够完全地对电容器C进行充电；即，在电容器C完全充电之前，保证环上的最后一个反相器还没有复位环上的第一个反相器。
在操作中，假设在反相器电路40的输入上出现逻辑0。因此反相器电路40的输出是逻辑1，作为反相器电路42的输入。因此反相器电路42的输出是逻辑0，这是反相器电路44的输入。因此反相器电路44的输出是逻辑1，作为反相器电路40的输入。因此，可以看出，反相器电路的任何输入或输出在逻辑0和逻辑1之间振荡，通过反相器40、42和44的组合延迟时间来确定操作的频率。如果电容器C与任意反相器电路之间的节点相连，则电容器C将另一延迟引入了电路，该延迟取决于电容器C的电容值。因此，在这点上，图6所示的电路按照与图4所示的异步环形FIFO电路相类似的方式进行操作。
优选地，由于其容易适于非常大规模集成，可以使用例如钠玻璃或塑料之类的任意合适的绝缘衬底，因此使用多晶TFT制造根据本发明的电容传感器。此外，因为能够在绝缘衬底上而不是在半导体衬底(对于例如NMOS晶体管之类的单晶半导体器件是必要的)上制造晶体管，因此与MOS晶体管相比减小了晶体管器件的容积电容(bulkcapacitance)。由于减小了电路的固有电容，这是电容传感器特别需要的特征，提高了传感器对于电极上出现的电容变化的灵敏度。
但是，已知TFT具有较宽变化的阈值电压，即使当同一批制造并且使用相同的多晶硅膜时。已知这些器件还存在其它参数变化。阈值电压是必须施加到器件的栅电极的有效电压，用于使电流流经TFT的沟道区域，并因此确定TFT的导通状态。由此，这指示了电路的任意TFT操作的时间。这种TFT中阈值电压的变化不会在本发明的电容传感器中引起问题，这是因为采用了异步环形振荡器电路，并且每次在实际样本测量之前，归一化了振荡计数。因此，该操作模式自动地补偿了TFT中参数变化所引起的任何振荡频率的变化。
此外，当将本发明的电容传感器用作生物传感器时，使用TFT改进了测试使用之后生物传感器的任意使用性，并且与单晶MOS器件相比，能够使用较大尺寸的衬底。因此，能够将生物传感器制造为异步振荡器电路的较大阵列，每个均具有电极，用于接收待测试的样本，并且成本低廉。因此，可以将所有生物传感器电路组件集成到单个的衬底上，能够利用多个异步环形振荡器、寄存器和微型控制器或通过设置针对每个异步振荡器的专用信号处理电路来同时或连续地测试大量的样本，所述异步环形振荡器共享公共的定时、计数。
仅作为实例给出了前述说明，本领域的技术人员应当理解的是，在不脱离本发明范围的前提下，可以进行修改。
例如，参考与图4相关的以上说明，电极处的电容的变化与电极面积成比例，并且对于大约100平方微米的电极，典型是大约0.07皮法。通过使每个异步环形振荡器电路中具有多于一个的电极(由此是电容器)能够增强传感器的灵敏度。此外，在实际中，最有可能将电容传感器构造为这种传感器的阵列，每个传感器包括具有一个或多个相关电极的异步环形振荡器电路。该阵列可以配备有还可以包括TFT的适当开关装置，以便选择性地将阵列中的任意环形振荡器电路的电极与阵列的其它环形振荡器相连，以提高灵敏度。
图7示出了设置为八个传感器100的阵列的电容传感器，每个传感器配备有各自的电极102。电容传感器还配备有开关电路104，传感器可以通过该电路与其各自的电极102相连。设置开关电路104，从而使阵列的任意电极102能够与任意传感器100相连。因此，如果已知测试下的样本提供了相当小的电容变化，则也与开关电路104相连的微型控制器32能够用于在开关电路中设置导通门(pass gate)，以便将阵列的多于一个的电极与传感器100之一相连，由此提高传感器的灵敏度，这是因为本质上，所关注的传感器配备有更大的电极面积，用于接收待测试的样本。因此，例如，能够使用开关电路将电极102a和102b与传感器100b相连，由此提高传感器100b的灵敏度。
此外，尽管所述电容传感器包括TFT，还可以将其制造为有机半导体器件。因此，在包括所附权利要求书的本发明的上下文中，无论是单独或组合状态，术语TFT包括例如多晶硅之类的无机物和例如聚合物薄膜晶体管之类的有机物。
此外，可以由例如金属之类的无机材料或导电聚合体之类的导电有机材料来制造电极。
针对电极使用有机薄膜晶体管和导电聚合体材料能够通过印刷工艺来制造电容传感器，例如喷墨印刷，这非常适于非常大规模集成并且不需要使用光刻或蚀刻技术。
权利要求
1.一种电容传感器，包括设置为异步环形振荡电路的多个电路组件、以及与两个电路组件之间的节点相连的电极。
2.根据权利要求1所述的电容传感器，其特征在于所述电路组件包括反相器电路。
3.根据权利要求1所述的电容传感器，其特征在于所述电路组件包括延迟电路和与其相连的反相器电路，以便提供FIFO电路组件。
4.根据权利要求1到3之一所述的电容传感器，其特征在于包括计数器电路，用于对异步环形振荡器电路的振荡进行计数；以及定时器电路，用于控制计数器电路的计数周期。
5.根据权利要求4所述的电容传感器，其特征在于包括寄存器电路，用于存储计数电路的计数值。
6.根据权利要求4或5所述的电容传感器，其特征在于设置计数器电路，以便针对多个计数周期的每一个，来计数异步环形振荡器电路的振荡，以及包括平均装置，用于确定在至少两个计数周期期间所计数的振荡的平均值。
7.根据权利要求4到6之一所述的电容传感器，其特征在于所述计数周期是可变的。
8.根据前述权利要求之一所述的电容传感器，其特征在于电容传感器的晶体管包括专用薄膜晶体管。
9.根据前述权利要求之一所述的电容传感器，其特征在于所述电极包括有机导电材料。
10.根据前述权利要求之一所述的电容传感器，其特征在于包括电容传感器的阵列，并且还包括开关装置，用于选择性地将阵列中的电容传感器之一的电极与阵列中的其它环形振荡器相连。
11.根据权利要求10所述的电容传感器，其特征在于所述开关装置包括薄膜晶体管电路。
12.一种DNA传感器或指纹传感器，包括根据前述权利要求任一个所述的电容传感器。
13.一种电容传感方法，包括设置传感器，所述传感器包括设置为异步环形振荡电路的多个电路组件；以及通过传感异步环形振荡电路的振荡频率的变化，来传感与两个电路组件之间的节点相连的电极处的电容。
14.根据权利要求13所述的电容传感方法，其特征在于包括设置作为电路组件的多个反相器电路。
15.根据权利要求13所述的电容传感方法，其特征在于包括设置多个延迟组件和与其相连的反相器，以便设置FIFO电路组件。
16.根据权利要求13到15之一所述的电容传感方法，其特征在于包括在计数周期中计数异步振荡器电路的振荡周期，而不使要识别的材料与电极接触，以提供第一计数值；在计数周期中计数异步振荡器电路的振荡，并且使要识别的材料与电极接触，以提供第二计数值；并且比较第一和第二计数值。
17.根据权利要求16所述的电容传感方法，其特征在于包括在寄存器电路中存储第一和/或第二计数值。
18.根据权利要求16或17所述的电容传感方法，其特征在于针对多个计数周期中的每一个，来计数第一和/或第二值，并分别对在至少两个计数周期期间所计数的第一和/或第二计数值进行平均。
19.根据权利要求16到18之一所述的电容传感方法，其特征在于还包括改变计数周期。
20.根据权利要求13到19之一所述的电容传感方法，其特征在于包括设置传感器，以使其包括作为专用薄膜晶体管的晶体管。
21.根据权利要求13到20之一所述的电容传感方法，其特征在于包括设置电极，以使其包括有机导电材料。
22.根据权利要求13到21之一所述的电容传感方法，其特征在于还包括设置传感器阵列；以及设置开关装置，用于选择性地将阵列中的传感器之一的电极与阵列的其它传感器相连。
23.根据权利要求22所述的电容传感方法，其特征在于还包括设置作为薄膜晶体管电路的开关装置。
24.根据权利要求13到23之一所述的电容传感方法，其特征在于包括将DNA样本沉积到电极上。
25.根据权利要求13到23之一所述的电容传感方法，其特征在于包括将人的指尖放在电极上以实现指纹识别。
26.一种制造根据权利要求8、从属于权利要求8的权利要求9、或从属于权利要求10的权利要求11的电容传感器的方法，包括喷墨印刷技术，其中所述权利要求10从属于权利要求8或9。
全文摘要
一种包括异步环形先入先出(FIFO)振荡器电路的电容传感器，所述振荡器电路具有用于接收用于分析的样本的电极。与电极接触的样本引起电极处电容的变化，这引起了环的振荡频率的变化。能够将该振荡频率的变化用于识别样本。
文档编号G01N27/22GK1630822SQ03803773
公开日2005年6月22日 申请日期2003年2月11日 优先权日2002年2月12日
发明者穆贾希德·伊斯兰, 西蒙·穆尔 申请人:精工爱普生株式会社, 剑桥大学技术服务公司