本發(fā)明涉及實(shí)現(xiàn)的一種用于癌細(xì)胞篩查的熒光光譜測(cè)量集成電路，以掩埋cmos雙pn結(jié)光電二極管(bdj)為光傳感單元，將微弱的熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電信號(hào)，提取出有用的光譜信息。本發(fā)明輸出端無(wú)需模數(shù)轉(zhuǎn)換接口而可直接與單片機(jī)等處理器相連，可與光傳感單元bdj單片集成，實(shí)現(xiàn)癌細(xì)胞熒光光譜測(cè)量系統(tǒng)的微型化和智能化。

背景技術(shù)：

掩埋cmos雙pn結(jié)光電二極管，由兩個(gè)垂直堆疊的不同深度的二極管構(gòu)成。這種器件的層疊式結(jié)構(gòu)使得以硅材料作為濾光片時(shí)，光在硅晶體中的透射深度與波長(zhǎng)有強(qiáng)烈的依賴關(guān)系，入射光功率和波長(zhǎng)不同時(shí)，pn結(jié)輸出的光電流也不相同。兩個(gè)pn結(jié)的光電流比值與波長(zhǎng)成良好的線性關(guān)系，而輸出電流大小與入射光功率成比例。

生物組織熒光可分為內(nèi)源熒光和外源熒光兩種。內(nèi)源熒光是指當(dāng)生物組織受到激光照射時(shí)，本身存在著的光敏物質(zhì)或熒光團(tuán)發(fā)出的熒光；外源熒光是指用能發(fā)光的熒光物質(zhì)標(biāo)記待研究生物組織樣本，在激光照射下發(fā)出的熒光。因此用于癌細(xì)胞篩查的光誘導(dǎo)熒光技術(shù)也有兩種：一種根據(jù)癌細(xì)胞組織本身經(jīng)光源激發(fā)后形成的內(nèi)源熒光光譜進(jìn)行篩查；由于一些熒光藥物與癌細(xì)胞組織有較強(qiáng)的親和力，另一種技術(shù)則是根據(jù)這些熒光藥物在激光照射下發(fā)出的熒光光譜進(jìn)行篩查。正常組織的熒光光譜與癌細(xì)胞組織的熒光光譜存在特征差異，部分癌細(xì)胞組織熒光主峰位置明顯偏離正常組織，也有部分癌細(xì)胞組織熒光主峰值明顯多于正常組織，或峰值強(qiáng)度與正常組織不同，因此根據(jù)生物組織熒光光譜特性，可以實(shí)現(xiàn)癌細(xì)胞的篩查。

目前用于癌細(xì)胞篩查的熒光光譜測(cè)量的儀器雖然已經(jīng)廣泛投入使用，但是精度高、體積小、功耗低、價(jià)格適中的熒光光譜測(cè)量?jī)x器有待于開發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，將光譜檢測(cè)技術(shù)與微電子集成技術(shù)相結(jié)合，提供一種用于癌細(xì)胞篩查的熒光光譜測(cè)量集成電路，并且與光電傳感單元bdj單片集成，有利于實(shí)現(xiàn)熒光光譜測(cè)量系統(tǒng)的微型化。該檢測(cè)電路將兩pn結(jié)的光電流模擬量經(jīng)處理后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的方波信號(hào)，可直接輸入單片機(jī)等數(shù)字信號(hào)處理器，無(wú)需通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換接口再與處理器相連接。

本發(fā)明所述的一種用于癌細(xì)胞篩查的熒光光譜測(cè)量集成電路，由bdj光電流提取放大電路1、光電流流向選擇電路2、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路3、復(fù)位控制電路4、電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路5、整形反饋電路6、占空比調(diào)節(jié)電路7共七個(gè)模塊組成。

所述bdj光電流提取放大電路1中，輸出端1b連光電流流向選擇電路2的第一輸入端21a，輸入端1a連接到光電流流向選擇電路2的輸出端2b。

bdj光電流提取放大電路1由pmos管p1、p2、p3、p4，nmos管n1、n2、n3、n4、n5、n6和以及掩埋cmos雙pn結(jié)光電二極管組成；所述pmos管p1源極接電源vdd，柵漏短接，漏極連所述pmos管p2源極，柵極與所述pmos管p3柵極相連，所述pmos管p2柵漏短接，漏極與所述nmos管n3漏極相連，所述pmos管p3源極與電源vdd相連，漏極與所述pmos管p4源極相連，所述pmos管p4柵極與所述pmos管p2柵極相連，漏極作為該bdj光電流提取放大電路1的輸出端1b，所述淺pn結(jié)光電二極管d1和所述深pn結(jié)光電二極管d2陰極相連并與電源vdd相連，陽(yáng)極相連并與所述nmos管n1漏極相連，所述nmos管n1柵漏相連并與所述nmos管n3柵極相連，源極與所述nmos管n2漏極相連，所述nmos管n2柵漏相連并與所述nmos管n4柵極相連，源極接地，所述nmos管n3源極與所述nmos管n4漏極相連，所述nmos管n4源極接地，所述nmos管n5柵極與所述nmos管n3柵極相連，漏極作為該bdj光電流提取放大電路1的輸入端1a，源極與所述nmos管n6漏極相連，所述nmos管n6柵極與所述nmos管n4柵極相連，源極接地。

所述光電流流向選擇電路2中，第一輸入端21a與bdj光電流提取放大電路1中的輸出端1b相連，第二輸入端22a與整形反饋電路6的輸出端6b相連，輸入/輸出雙向端2a/b與所述電流-電壓線性轉(zhuǎn)換電路3中的輸入/輸出雙向端3a/b相連。

光電流流向選擇電路2由nmos管n7、n8、n9和pmos管p5、p6、p7組成；所述nmos管n7柵極與所述pmos管p6柵極、所述pmos管p7柵極、所述nmos管n9柵極相連，并引出端口作為本光電流流向選擇電路2的第二輸入端22a，所述nmos管n7漏極與所述pmos管p5源極相連，源極與所述pmos管p5漏極相連，所述pmos管p6源極與所述nmos管n8漏極相連并與所述pmos管p5漏極相連，并且引出端口作為該光電流流向選擇電路2的輸入/輸出雙向端2a/b，所述pmos管p6漏極與所述nmos管n8源極相連，并作為該光電流流向選擇電路2的輸出端，所述nmos管n8柵極與所述pmos管p5柵極、所述pmos管p7漏極、所述nmos管n9漏極相連，所述pmos管p7源極與電源vdd相連，漏極與所述nmos管n9漏極相連，所述nmos管n9源極接地。

所述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路3中，輸入端3a與所述復(fù)位控制電路4的第一輸出端41b相連，輸出端3b與所述復(fù)位控制電路4的輸入端4a相連，輸入/輸出雙向端3a/b與所述光電流流向選擇電路2的輸入/輸出雙向端2a/b相連。

電流-電壓轉(zhuǎn)換電路3由pmos管p8、p9、p10、p10、p11，nmos管n10、n11、n12、n13以及電容c1組成；所述pmos管p8源極接電源vdd，柵極接所述pmos管p10柵極，漏極接所述pmos管p9源極，所述pmos管p9柵極接所述pmos管p11柵極，漏極接所述nmos管n10漏極，并作為該電流-電壓轉(zhuǎn)換電路3的輸出端3b，所述pmos管p10柵漏相連，源極接電源vdd，漏極與所述pmos管p11源極相連，所述pmos管p11柵漏相連，漏極與所述nmos管n12漏極相連，所述nmos管n10柵極接所述nmos管n12柵極，源極接所述nmos管n11漏極，所述nmos管n11源極接地，柵極作為該電流-電壓轉(zhuǎn)換電路3的輸入/輸出雙向端3a/b，所述nmos管n12柵漏短接，源極接所述nmos管n13漏極，所述nmos管n13柵漏短接，源極接地，所述電容c1一端接所述pmos管p9漏極，另一端接所述nmos管n11柵極，并引出端口作為該電流-電壓轉(zhuǎn)換電路3的輸入端3a。

所述復(fù)位控制電路4的第一輸入端4a與電流-電壓轉(zhuǎn)換電路3的輸出端3b相連，第一輸出端41b與所述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路3的輸入端3a相連，第二輸出端42b與所述電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路5的輸入端5a相連，第二輸入端res輸入復(fù)位信號(hào)。

復(fù)位控制電路4由nmos管n14、n15和pmos管p12、p13組成；所述nmos管n14漏極與所述pmos管p12源極相連，并引出端口作為該復(fù)位控制電路4的第一輸出端41b，所述nmos管n14源極與所述pmos管p12漏極相連，并引出端口作為該復(fù)位控制電路4的第一輸入端4a，同時(shí)引出端口作為該復(fù)位控制電路4的第二輸出端42b，所述nmos管n14柵極作為該復(fù)位控制電路4的第二輸入端res，所述pmos管p12柵極與所述pmos管p13漏極相連，所述pmos管p13源極與電源vdd相連，柵極與所述nmos管n15柵極相連并與所述nmos管n14柵極相連，所述pmos管p13漏極與所述nmos管n15漏極相連，所述nmos管n15源極接地。

所述電壓頻率轉(zhuǎn)換電路5的輸入端5a與所述復(fù)位控制電路4的第二輸出端42b相連，輸出端5b與所述整形反饋電路6的輸入端6a端相連。

電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路5由pmos管p14、p15、p16和nmos管n16、n17、n18組成；所述pmos管p14源極接電源vdd，柵極與所述pmos管p15柵極、所述nmos管n16柵極、所述nmos管n17柵極相連，并引出端口作為該電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路5的輸入端5a，漏極與所述pmos管p15源極相連，所述pmos管p15漏極與所述nmos管n16漏極相連，所述nmos管n16源極與所述nmos管n17漏極相連，所述nmos管n17源極接地，所述pmos管p16源極與所述pmos管p14漏極相連，漏極接地，柵極與所述nmos管n18柵極相連，并與所述pmos管p15漏極以及所述nmos管n16漏極相連，所述nmos管n18源極與所述nmos管n16源極以及所述nmos管n17漏極相連，漏極與電源vdd相連，所述nmos管n18柵極作為電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路5的輸出端5b。

所述整形反饋電路6的輸入端6a與所述電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路5的輸出端5b相連，輸出端6b與所述占空比調(diào)節(jié)電路7的輸入端7a相連。

整形反饋電路6由pmos管p17和nmos管n19組成；所述pmos管p17源極接電源vdd，柵極與所述nmos管n19柵極相連并作為該整形反饋電路6輸入端6a，漏極與所述nmos管n19漏極相連并作為該整形反饋電路6輸出端，所述nmos管n19源極接地。

所述占空比調(diào)節(jié)電路7的輸入端7a與所述整形反饋電路6的輸出端6b相連，輸出端為整個(gè)熒光光譜測(cè)量集成電路的輸出端。

占空比調(diào)節(jié)電路7由pmos管p18、p19、p20、p21、p22、p23和nmos管n20、n21、n22、n23、n24、n25以及電容c2、c3組成；所述pmos管p18源極接電源vdd，柵極與所述nmos管n20柵極相連，且與所述nmos管n23柵極和所述pmos管p19柵極相連并引出端口作為該占空比調(diào)節(jié)電路7的輸入端7a，所述pmos管p18漏極與所述nmos管n20漏極相連，所述nmos管n20源極接地，所述pmos管p19源極與所述nmos管n21漏極相連，且與所述pmos管p23漏極以及所述nmos管n25漏極相連，所述pmos管p19漏極與所述nmos管n21源極、所述pmos管p20柵極、所述nmos管n22柵極相連，所述nmos管n21柵極與所述pmos管p18漏極、所述pmos管p21柵極相連，所述電容c2一端連所述pmos管p19漏極，另一端接地，所述pmos管p20源極接電源vdd，漏極與所述nmos管n22漏極相連，且與所述nmos管n23漏極和所述pmos管p21源極相連，所述nmos管n22源極接地，所述nmos管n23源極與所述pmos管p21漏極相連，且與所述pmos管p22柵極和所述nmos管n24柵極相連，所述電容c3一端接所述pmos管p21漏極，另一端接地，所述pmos管p22源極接電源vdd，漏極與所述nmos管n24漏極相連并引出輸出端output，所述nmos管n24源極接地，所述pmos管p23源極接電源vdd，漏極與所述nmos管n25漏極相連，柵極與所述nmos管n25柵極相連并與輸出端output相連，所述nmos管n25源極接地。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明提出的一種用于癌細(xì)胞篩查的熒光光譜測(cè)量集成電路，將探測(cè)到的微弱熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波輸出，輸出頻率與熒光強(qiáng)度成強(qiáng)烈依賴關(guān)系，因此可以從輸出信號(hào)中提取出熒光頻譜信息，具有誤差小、檢測(cè)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了從模擬量到數(shù)字量的間接轉(zhuǎn)換，輸出方波信號(hào)可直接輸入單片機(jī)等數(shù)字處理系統(tǒng)，不需要經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元處理后再輸入相應(yīng)處理器，因此可避免模數(shù)轉(zhuǎn)換中因轉(zhuǎn)換精度限制存在的誤差。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的單元框圖

圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的原理圖

圖3是圖2的s1部的局部放大圖

圖4是圖2的s2部的局部放大圖

圖5是圖2的s3部的局部放大圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

本發(fā)明所述的一種用于癌細(xì)胞篩查的熒光光譜測(cè)量集成電路，由bdj光電流提取放大電路1、光電流流向選擇電路2、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路3、復(fù)位控制電路4、電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路5、整形反饋電路6、占空比調(diào)節(jié)電路7共七個(gè)模塊組成。

所述bdj光電流提取放大電路1中，淺pn結(jié)光電二極管d1和深pn結(jié)光電二極管d2處于反偏壓狀態(tài)，光電流從d1、d2共陽(yáng)極流出，所述pmos管p1、p2、p3、p4構(gòu)成cascode結(jié)構(gòu)的電流鏡，所述nmos管n1、n2、n3、n4與nmos管n1、n2、n5、n6也構(gòu)成cascode結(jié)構(gòu)的電流鏡，具有高輸出電流精度，大輸出電阻的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)該單元可將所述光電流精確鏡像輸出并放大，且輸出光電流與熒光光強(qiáng)成強(qiáng)烈依賴關(guān)系，該電路單元可以從輸出端1b輸出某一大小的電流，也可以從輸入端1a輸入某一大小的電流，電流大小與bdj所產(chǎn)生的光電流大小成比例，而具體電流流向由所述光電流流向選擇電路2控制；

所述光電流流向選擇電路2由第二輸入端22a控制，所述pmos管p5和nmos管n7共同構(gòu)成第一傳輸門，所述pmos管p6和nmos管n8構(gòu)成第二傳輸門，當(dāng)?shù)诙斎攵?2a輸入高電平時(shí)，第一傳輸門導(dǎo)通，第二傳輸門截止，光電流可以從第一輸入端21a輸入并從輸入/輸出雙向端2a/b輸出，當(dāng)?shù)诙斎攵?2a處于低電平時(shí)，第一傳輸門截止，第二傳輸門導(dǎo)通，電流可以從輸入/輸出雙向端2a/b輸入并從輸出端2b輸出；

所述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路3具有靈敏度高、抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，其中，所述pmos管p8、p9和所述nmos管n10、n11構(gòu)成共源共柵放大電路，所述pmos管p10、p11和所述nmos管n12、n13為所述共源共柵放大電路提供偏置，電壓轉(zhuǎn)換由反饋電容c1完成，電容根據(jù)輸入/輸出雙向端3a/b的電流狀態(tài)完成相應(yīng)的積分運(yùn)算，由于高增益的共源共柵放大電路的存在，使得積分電容可以很小，減小了電路面積，而輸入端3a控制電容是否處于復(fù)位狀態(tài)，當(dāng)輸入端3a與輸出端3b電位相同時(shí)，該電路單元復(fù)位，電容兩端電壓突變，不允許電容作積分運(yùn)算，輸出端3b電壓降到最低，當(dāng)輸入端3a與輸出端3b電位不同時(shí)，該電路單元正常工作，允許電容作積分運(yùn)算；

所述復(fù)位控制電路4是整個(gè)熒光光譜測(cè)量集成電路能否正常工作的關(guān)鍵電路，電路正常工作之前都需要進(jìn)行一次復(fù)位，所述nmos管n14和pmos管p12構(gòu)成一個(gè)傳輸門，復(fù)位信號(hào)由第二輸入端res輸入，當(dāng)?shù)诙斎攵藃es為高電平時(shí)，傳輸門導(dǎo)通，第一輸出端41b電位和輸入端4a的電位幾乎相同，由于第一輸出端41b和輸入端4a分別與所述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路3的輸入端3a和輸出端3b相連，使得輸入端3a與輸出端3b電位相同，電流-電壓轉(zhuǎn)換電路3進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，輸入端4a輸入最低的電壓，并從第二輸出端42b輸出；

所述電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路5用于根據(jù)輸入電壓的大小變化轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波輸出，該電路由兩個(gè)閾值電壓，較高的閾值電壓為vh，較低的閾值電壓為vl，電路處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)，輸入端5a輸入的電壓小于閾值電壓vl，輸出端5b始終輸出高電平，當(dāng)電路不處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)，若輸入端5a輸入的電壓處于逐漸上升狀態(tài)，只有當(dāng)電壓超過(guò)閾值電壓vh時(shí)，輸出端5b才會(huì)輸出低電平，否則一直處于高電平，若輸入端5a輸入的電壓處于逐漸下降狀態(tài)，只有當(dāng)電壓低于閾值電壓vl時(shí)，輸出端5b才會(huì)輸出高電平，否則一直處于低電平；當(dāng)輸入端5a的電壓周期性變化時(shí)，輸出端5b即可輸出一定頻率的方波，頻率與輸入端5a的電壓變化周期成依賴關(guān)系；

所述整形反饋電路6完成波形的整形并為光電流流向選擇電路2提供反饋信號(hào)，該電路單元首先將輸入端6a輸入的電壓反相，并增加電壓幅值，使輸入的高電平為0，高電平為電源電壓vdd，波形變化更陡峭，其次把輸出端6b輸出的電壓反饋至光電流流向選擇電路2的第二輸入端22a；

所述占空比調(diào)節(jié)電路7將整形反饋電路6的輸出信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)，實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)，所述pmos管p18和所述nmos管n20構(gòu)成第一反相器，用于將時(shí)鐘信號(hào)反相，所述pmos管p19、p20、p21、p22和所述nmos管n21、n22、n23、n24構(gòu)成d觸發(fā)器，該d觸發(fā)器的信號(hào)輸入端口為所述pmos管p19源極和所述nmos管n21漏極，信號(hào)輸出端口為output端口，所述pmos管p23和所述nmos管n25構(gòu)成第二反相器，用于將d觸發(fā)器的輸出信號(hào)反相后作為該d觸發(fā)器的輸入信號(hào)，因此，d觸發(fā)器和第二反相器組合構(gòu)成t’觸發(fā)器，在時(shí)鐘信號(hào)上升沿到來(lái)之際，將輸出信號(hào)電平翻轉(zhuǎn)，雖然時(shí)鐘信號(hào)占空比可能不是50％，但是由于在光照強(qiáng)度不改變的前提下，時(shí)鐘周期不會(huì)改變，因此該占空比調(diào)節(jié)電路7的輸出占空比為50％，即實(shí)現(xiàn)了占空比調(diào)節(jié)；

本電路最終實(shí)現(xiàn)了將微弱熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換成光電流，并進(jìn)而轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的方波輸出，輸出頻率大小與熒光強(qiáng)度成強(qiáng)烈依賴關(guān)系。通過(guò)對(duì)癌細(xì)胞組織不同熒光波長(zhǎng)下的光強(qiáng)度測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)熒光光譜測(cè)量，為癌細(xì)胞篩查提供依據(jù)。

本說(shuō)明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)該視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能想到的等同技術(shù)手段。