ا شنايي با نقشه طراحي يك نانو سنسور حامد عقيلي 1 عضو رسمي باشگاه پژوهشگران جوان تبريز دانشجوي كارشناسي ارشد الكترونيك دانشگاه ا زاد اراك كارشناس مهندسي الكترونيك مركز تحقيقات مهندسي استان ا ذربايجان شرقي Engineer_ Aghili @ Yahoo.Com چكيده : اين مقالهطراحي ساختار چينش يك نانو سنسور بويايی را توصيف ميكند كه براي سرعت بالا و دقت بالا مي باشند.يك تراشه ساده با مراحل (PES) در طراحي موازي عظيم كه هر PE بطور مستقيم با هفت سنسور ارتباط پيدا ميكند. نرخ نمونهبرداري 100 نانوسنسور براي تشخيص دادن سرعت بالا Feedback در اين بيني الكترونيكي كافي است.كاربرد ا ن در صنايع نظامي و صنايع نانوالكترونيك وشيميايي مي باشد. VLSI A2D کلمت کليدي: نانوسنسور بيني الکترونيکي 1 -پژوهشگرنمونه سال 83 كشوردر بخش دانشجويي
مقدمه : يك موضوع مهم در تحقيقات سنسورها ايده ا رايش سنسورهايي است كه بوها را تشخيص بدهند اين سنسورها بيني هاي الكترونيكي ناميده مي شوند استفاده از بيني هاي الكترونيكي موضوع مهمي است كه در ثبت انتشار گازهاي خطرناك بكار مي رود. شكلهاي اوليه سنسورهاي شيميايي كه پايه سيليكوني دارند امروزه در سراسر ا زمايشگاههاي تحقيقاتي در حال تكميل شدن هستند در عرض 10-15 سال گذشته اين ا رايه ها بصورت موفقيت ا ميزي نوشيدن الكل را از تنفس انسانها تشخيص مي دهند و همچنين المانهاي اجزاء مختلف گازهاي خروجي اتومبيل ها را مشخص مي كنند. در حال حاضر سنسورهاي سيمي در اندازه نانو وجود دارند.هدف اين است كه يك سنسور سيمي نانو را توسعه بدهيم كه با صرفهبوده و در يك تراشه الكترونيكي جمع شود و از تكنولوژي پيشرفته VLSI بهره مند گردد. چندين جزء يك بيني مصنوعي وجود دارد كه ميتواند شناسايي شود. كه عبارتند از: توليد سنسورها ا رايش سنسورها طراحي مدارهاي تبديل كننده A/D براي انتقال علامتهاي حس شده طراحي مدارهاي تشخيص دهنده سيگنالها و همچنين تشخيص دادن الگوها ي مختلف (منظور بوهاي مختلف) فقط يك ديد كلي از نانو سنسورهاي سيمي و فرا يند مونتاژ ا ن را در بخش II ميدهيم. اين مقاله بر روي مدارهاي تشخيص بوهاي مختلف كه براي تفسير سيگنالهاي ارسالي از نانو سنسور سيمي بكار ميرود تمركز ميكند. بخش I: يك مقدمه مختصر راجع به ا رايش نانو سنسورهاي سيمي ميدهد. بخش :II چگونگي كار مدار A/D را شرح ميدهد. بخش :III راجع به جزي يات طراحي ا رايش سنسورهاي نانو پيشنهادي است.
. I سيستم نانو سنسورهاي سيمي: در حاليكه اصول سنسورهاي حالت جامد ميتواند براي حس كردن گازها بكار ميرود. در اين مقاله از اصل تغيير مقاومت مث لا مقاومت سيستم بر اثر گازهاي مورد ا زمايش استفاده شده است. در اين بخش ما به شيمي سنسورهاي مقاوم در تغيير شيميايي مي پردازيم. امروزه پليمرهاي هادي رشد كردهاند و در كنار فلزات بسيار هادي مانند طلا قرار گرفتهاند طول پليمرها در مقياس نانو ميباشند. حساسيت مقاومت پليمرهاي هادي به غلظت گازها در حسكردن محيط زيست بستگي به جذب سطحي گاز روي سطح سنسور دارد. سطح و نرخ جذب سطحي با دما و همچنين با غلظت گازها تغيير ميكند در يك غلظت متوسط مقاومت با غلظت گاز به شرح زير ارتباط دارد: 1 R S = α AC كه در ا ن Rs مقاومت پليمر و C غلظت گاز و &,A اعداد ثابت مي باشند. ثابتهاي &,A با نوع گاز و دماي سنسور تغيير مي كند براي مثال هادي بودن پليمر از 0/2-60 s/cm تغيير مي كند. ما فرض مي كنيم كه دما در نقطه كاري سنسور ثابت مانده است T=300 الي 400 و ما روي غلظت گاز مورد نظر تمركز مي كنيم. وجود گاز را تشخيص دهيم. براي سنسورهاي شيميايي در مقياس نانو مزيتهاي بيشتري نسبت به مقياس ماكرو وجود دارد. سنسورهاي نانو ميتوانند هزينه كمتر و دقت بيشتري
داشته باشند. سنسورهاي نانو ميتوانند بصورت انبوه توليد شده و سپس در يك مدار سيلكوني با ا رايشهايي مونتاژ شوند در اين صورت هزينه توليد مدارها حداقل خواهد شد. در مورد سنسورهاي در مقياس ماكرو هزينه ها بالاست. II.ا رايش نانو سنسورهاي سيمي : براي ا رايش سنسورهاي ماكروسكوبي سيگنالهاي ا نالوگ ايجاد شده بوسيله هر سنسور. به سيستم ديجيتالي با استفاده از برگردان تفكيك بالاي ا نالوگ (ADC) به ديجيتال تبديل شده و داده هاي خام سنسورها به واحد پردازش مركزي فرستاده ميشوند(شكل 4 ) براي تشخيص الگو كه بطور برجستهاي تكميل ميشود و توسط نرمافزار اين راهحل امكانپذير ميباشد براي ا رايش سنسورهاي ماكروسكوپي سايز و اندازه ا رايه به اين سطح محدود است به هر حال اين سيستم قابل تبديل به مجموعه بزرگي نيست كه شامل صدها يا هزاران سنسور باشد. زيرا سيستم شمارنده مست قيم ا متناسب است با دو چيز: تعداد سنسورهاي روي تراشه و تفكيك A2D ها. شكل 4 بعنوان مثال درشكل 5 يك ا رايه سنسور تراشه الكترونيكي با هوش كه مجموعه بصورت منفرد قابليت سنس گرما بصورت digital interface (دادههاي ديجيتال)با چهار سنسور و شدت جريان تكميلي در يك تراشه با سطح 7 7 ميليمتر مربع جمع شده را نمايش مي دهد. دادههاي ديجيتالي تقريب ا %10 سطح كل تراشه را شامل ميشود.
شكل 5 با صدها و هزاران نانو سنسور تفكيكي مي توان تعداد زيادي ازADC ها را كاهش داد. در شكل (a)2 يك (bit) تفكيكيADC نشان داده شده است.ما در اينجا از ا رايه سنسور ها استفاده كردهايم. مدار از دو بخش تشكيل يافته است. يك جريان وارد شده به نانو سيم Iin) وارد شده) و جريان رفرنس (Iref) توسط دستگاهي مقايسه ميشود. شكل (a)2
اگر مقاومت نانو سنسور بالا رود سيگنال خروجي افزايش ناگهاني مييابد كه نتبجه ا ن اين است كه Iref گاز مورد هدف نمايان شده است. n سيگنال Iiمي تواند بطورهماهنگ با توسط ا مپلي فاير مقايسه شود. تغيير كنوني مقاومت (R) در حضور گاز بطور فاحشي بيشتر از مقاومت اوليه( Rsensor ) در نانو 300K R سنسور مي باشد. براي مثال ما مي توانيم نانو سنسوري با مقاومت پايه 3K طراحي كنيم كه است. با اين تغيير فاحش در مقاومت سيگنال خروجي قويي خواهيم داشت شكل( 2b ). شكل( 2b ) ما مي توانيم به راحتي اندازه ترانوسيستور و طراحي نانو سيم دارد. Iref را كنترل كنيم. طراحي شدت جريان بستگي به. III جزي يات طراحي : مجموعه PEها و نانو سنسورهاي سيمي بر روي يك تراشه سنسور عملي كه در واقعيت قابل (Nano wire Sensor NANSeA استفاده است را ايجاد مي كند. اين طراحي جديد ناميده مي شود. Array) در زير جزي يات طرح معرفي شده است در شكل (6)
شكل (6) Mesh هدف طراحي orthogonal memory access مي باشد. اين تشكيلات كاهنده RMOT) )ناميده شده است. در اينجا RMOT ما داراي 4 عدد PE ميباشد كه در شكل (3) نشان داده شده است. شكل (3) در شكل (3) ما يك نانو سنسور سيمي 4 4 تهيه نمودهايم. تعداد PE چهارتاست. PEها در طول ا رايه سنسور ديجيتالي جاگذاري شده اند PE اضافه مي شود به Iامين شدت جريان خام در Iامين ستون. مزيت اين تشكيلات اين است كه درسطح مورد نظر سنسورهاي تحريك شده شناسايي مي شوند (درشكل.(10 شكل 10
7 شده است. هر PE درNANSEA 1 سنسور متصل بهم را مي شمرد. در شكل (4) دياگرام PE نشان داده سيگنالهاي Reset وSensing از كنترل لاجيك دريافت مي شود. PEها وقتي كه گاز نمونه در PE با محيط احساس مي شود شروع به پردازش ميكنند. Reset=0.sensing=1, بطور مثال در هر out put هر يك از 7 سنسور موجود ارتباط مييابد. ساختمان كلي تراشه: PE 10 RMOT4 شكل دياگرام تراشه از در شكل (5) نشان داده شده است. 4 4 مي باشد هر بطور مستقيم به كنترل لاجيك و شدت جريان خروجي ارتباط دارد.كد اطلاعاتي (سيگنالهاي Reset, از pinهاي خروجي به همه PEها انتقال داده مي شود. 3-bit از داده ها از همه PE ها در هر (Sensing RMOT4 به جريان خروجي انتقال مي يابد. در طي هر CLK ساعت 12 bit از داده ها انتقال مي يابد. اگر عدد RMOT4 در سيستم موجود باشد. كل انتقالات n بار ميباشد. جزي يات خروجي كنترل لاجيك در بخش بعدي نشان داده شده است. و اين انتقالات در نرمافزار ميباشد.
شدت جريان خروجي: PE بطور هرPE اطلاعات عظيمي در اين فرا يند موازي ايجاد مي كنند. اگر داده هاي منتج از هر همزمان از Pinهاي خروجي داده شود ما مشكل تداخل خواهيم داشت. براي سيستم ما هر PE داراي 3 در اين سيستم برابر 64=4 4 4 ميباشد بنابراين bit 192 از نتايج پردازش شده ميباشد. كل PEها bit براي خروج يا انتقال به بيرون نياز است. از ا نجاي يكه الگوريتم تشخيص نمونه در زير مورد بحث قرار گرفته است ميتواند در متر pipeline به اجرا در بيايد. شكل (6) شدت جريان خروجي بعد پردازش كردن در PE را نشان ميدهد. مراجع: [1]Albert K.J,Lewis N.S.,Schauer C.Lsotzing,G.A.,Stitzel S.E Cross-reactive chemical sensor arrays Chem Rev2000 Jul 12 [2]A.J.Matzger,C.E.Lawrence,R.H.Grubbs, & N.S.Lewise. Combinatorial approaches to the symthesis of vapor detector arrays for use in an electronic noise,j.comb.chem.,2000,2,30 [3 ] http://www.cse.psu.edu/~nansea/documents,slides from H.Prakasam and Professor T.Mayer