Введение
1. Анализ компьютерных систем электрохимической импедансной спектроскопии 17
1.1. Метод электрохимической импедансной спектроскопии 17
1.1.1. Биологический датчик EIS 17
1.1.2. Типичные параметры биологических датчиков 19
1.1.3. Формирование выходных сигналов БД при методе EIS 22
1.2. Обработка информации в компьютерных системах электрохимической импедансной спектроскопии 24
1.2.1. Структура программно-аппаратного комплекса КСЭИС 24
1.2.2. Рассмотрение особенностей дискретизации сигнала БД 28
1.2.3. Оценка методов представления сигнала БД 30
1.2.4. Исследование обобщённых параметров МПОИ с выводом аналогового сигнала БД 32
1.2.5. Исследование обобщённых параметров МПОИ с выводом цифрового сигнала БД 35
1.2.6. Исследование особенностей МПОИ с выводом аналоговых квадратурных составляющих сигналов БД 36
1.2.7. Исследование особенностей МПОИ с выводом цифровых квадратурных составляющих сигналов БД 39
1.2.8. Анализ структур МПОИ с выдачей информации об амплитуде и фазе выходного сигнала БД 41
1.3. Выводы 44
2. Исследование предельных характеристик АЦП двойного интегрирования в компьютерных системах электрохимической импедансной спектроскопии 48
2.1. Исследование общих параметров устройств EIS на основе АЦП двойного интегрирования 48
2.1.1. Особенности построения устройств EIS на основе АЦП двойного интегрирования 48
2.1.2. Оценка общих принципов функционирования АЦП двойного интегрирования для устройств EIS 49
2.1.3. Выбор оптимального соотношения точности и быстродействия для АЦП двойного интегрирования 52
2.1.4. Прямая задача распределения погрешностей АЦП двойного интегрирования 53
2.2. Исследование влияния шумов в устройствах EIS на основе АЦП двойного интегрирования 54
2.2.1. Исследование шумовой модели аналогового тракта с АЦП двойного интегрирования 54
2.2.2. Анализ влияния шума на первом промежутке интегрирования 57
2.2.3. Анализ влияния шума на втором промежутке интегрирования. 59
2.2.4. Анализ влияния шума на промежутке сброса 60
2.2.5. Оценка отношения сигнал-шум интегратора 60
2.2.6. Оценка предельных характеристик АЦП для стандартного КМОП-техпроцесса 61
2.3. Выводы 63
3. Исследование устройств EIS с применением умножающих АЦП двойного интегрирования 65
3.1. Исследование характеристик перемножающих АЦП двойного интегрирования как основы квадратурных демодуляторов в устройствах EIS 65
3.1.1. Анализ операции умножения с использованием АЦП двойного интегрирования 65
3.1.2. Особенности устройств EIS с использованием умножающего АЦП в качестве квадратурного демодулятора 67
3.1.3. Исследование схемотехники основных функциональных блоков устройства EIS с умножающим АЦП в рамках 90нм КМОП техпроцесса 69
3.1.4. Исследование структуры канала преобразования устройства EIS с умножающим АЦП 80
3.2. Выводы 87
4. Исследование устройств EIS для высокочастотных компьютерных систем электрохимической импедансной спектроскопии 89
4.1. Анализ высокочастотных устройств EIS на основе метода квадратурной демодуляции 89
4.2. Анализ высокочастотных устройств EIS на основе амплитудно-фазового метода 91
4.2.1. Применение амплитудно-фазового метода в устройствах EIS 91
4.2.2. Исследование пикового детектора для высокочастотного устройства EIS 93
4.2.3. Исследование фазового детектора для высокочастотного устройства EIS 101
4.3. Выводы 124
5. Заключение 126
Основные использованные сокращения и обозначения 129
Библиографический список 130
Приложение А. Акт внедрения результатов диссертации 144
