一种快电容补偿电路的设计.pdf

本发明适用于生物医学领域，提供了一种快电容补偿电路的设计方法，所述快电容补偿电路包括补偿通道1和补偿通道2，补偿通道1对快电容干扰中的无时间延迟分量进行补偿；补偿通道2对快电容干扰中的有时间延迟分量进行补偿。补偿通道1由增益可编程放大器1构成，通过调节增益可编程放大器的放大倍数实现对不同的快电容干扰的无时间延迟分量进行补偿。补偿通道2由电阻、增益可编程放大器2、可编程电容构成，通过调节可编程电容的容值和增益可编程放大器2的放大倍数对不同的快电容干扰的有时间延迟分量的补偿。补偿通道1和补偿通道2的输出通过一个增益为1的加法器后得到最终的快电容补偿的输出，并通过注入电容8得到最终的快电容补偿电流。

权利要求书1.  一种快电容补偿电路的设计，其特征在于，包括并行连接的补偿通路1和补偿通道2，其中所述补偿通道1实现对快电容干扰中的无时间延迟分量的补偿，其补偿效果可以通道增益可编程放大器进行调节；所述补偿通道2对快电容干扰中的有时间延迟分量进行补偿，其补偿效果可以通过增益可编程放大器和可编程电容进行调节；所述补偿通道1包括放大器1，通过对所述放大器1的放大倍数的调节，实现对快电容干扰中无时间延迟分量的补偿；所述补偿通道2包括电阻、电容、放大器2，通过对所述电容容值的调节，实现对快电容干扰中有时间延迟分量的时间延迟参数的调节，通过对所述放大器2的放大倍数的调节，实现对快电容干扰中有时间延迟分量的补偿；所述补偿通道1的输出和补偿通道2的输出通过加法器得到最终的快电容补偿的输出；所述的最终快电容补偿的输出在通过注入电容8后得到最终快电容补偿所需的补偿电流。2.  根据权利要求1所述的一种快电容补偿电路的设计，其特征是，所述放大器1为增益可编程放大器。3.  根据权利要求1所述的一种快电容补偿电路的设计，其特征是，所述放大器2为增益可编程放大器。4.  根据权利要求1所述的一种快电容补偿电路的设计，其特征是，所述电容为容值可编程的可编程电容。5.  根据权利要求1所述的一种快电容补偿电路的设计，其特征是，所述可编程电容由普通容值电容和变容二极管组成。6.  根据权利要求1所述的一种快电容补偿电路的设计，其特征是，所述加法器增益应为1。7.  根据权利要求1所述的一种快电容补偿电路的设计，其特征是，所述注入电容为固定容值电容。

说明书一种快电容补偿电路的设计
技术领域
本发明属于生物医学领域，特别是设计了一种快电容补偿电路。
背景技术
纳米孔核酸测序技术作为第三代基因测序技术，克服了现有核酸测序技术测量时间长、价格昂贵、测序工艺复杂等缺点，是一种读取速度快、成本低、操作简单的基因测序技术。其基本原理是通过测量单链DNA通过加有偏置电压的纳米孔时引起的电流变化，来区分不同的DNA碱基，进而完成测序。当DNA与纳米孔接触时，所测得的电流会出现一个表现为容性主导、持续时间极短的尖峰干扰信号，引起该信号的干扰源一般被称为快电容，其主要来源是纳米孔与DNA的接触电容和电极电容等，该尖峰信号的存在会给系统带来极大的干扰，影响系统测量的准确性。为了消除该影响，一般需要设计相应的补偿通道和补偿算法，即快电容补偿技术。
膜片钳技术是一种先进的电生理技术，通过测量pA级微弱的细胞离子通道电流来研究细胞离子通道及其调控机制。当测量电极与细胞膜形成高阻封装时，由于探头端和测量电极电容的存在，同样需要快电容补偿。
中国发明专利“一种用于固态纳米孔核酸测序电信号的检测”(专利号：201310158083.2)提供了一种用于固态纳米孔核酸测序电信号的检测和采集系统，针对四种不同的碱基，采用彼此相互独立的检测通道和不同的增益，从而实现对核酸序列的快速检测，但未能给出具体针对快电容干扰的补偿机制。
中国实用新型专利“用于膜片钳仪的前置放大器”(专利号：CN02279113.2)提供了一种体积小、调试方便、成本低的膜片钳系统前置放大器，能够实现对pA级细胞电流的检测，但未能给出对于检测过程中产生的快电容干扰的处理机制。
发明内容
本发明的目的是提供一种快电容补偿电路，旨在解决纳米孔核酸测序技术和膜片钳技术等在测量过程中产生的快电容干扰，针对快电容干扰中的有时间延迟分量和无时间延迟分量分别进行补偿的快电容补偿电路。
本发明的技术方案是：一种快电容补偿电路的设计，其特征在于，包括通过增益为1的加法器连接的补偿通路1和补偿通道2，分别实现对于快电容干扰中无时间延迟分量和有时间延迟分量的补偿。其中所述补偿通道1实现对快电容干扰中的无时间延迟分量的补偿，根据不同的无时间延迟分量，所述补偿通道1通过选择不同的增益可编程放大器的放大倍数实现补偿。所述补偿通道2实现对快电容干扰中的有时间延迟分量进行补偿，根据不同的时间延迟，所述补偿通道2通过选择可编程电容的不同电容值和增益可编程放大器的不同放大倍数实现补偿。通过加法器得到的能够补偿快电容干扰中有时间延迟分量和无时间延迟分量的最终输出在通过注入电容后得到最终的快电容补偿电流。
一种快电容补偿电路的设计，由于采用了增益可编程放大器，使得对于系统补偿通路1和补偿通路2的放大倍数的调节更加方便快捷，同时简化了系统的电路设计。
一种快电容补偿电路的设计，由于采用了基于变容二极管的可编程电容器，使得补偿通路2能够补偿更大范围的快电容干扰的有时间延迟分量，在提高了可编程电容器的调节精度和调节范围的同时减小了可编程电容器的体积。
本发明的快电容补偿电路的设计，能够实现对于快电容干扰的准确快速的补偿，同时整体电路设计体积更小，更易于调节。
附图说明
附图1本发明的原理框图
附图2本发明具体实施方案
附图3可编程电容具体实施方案
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1：补偿通道1； 2：补偿通道2；
3：放大器2； 4：电容；
5：放大器1； 6：加法器；
7：电阻0； 8：注入电容
具体实施方式
一种快电容补偿电路的设计，包括通过增益为1的加法器连接的补偿通路1和补偿通道2，分别实现对于快电容干扰中无时间延迟分量和有时间延迟分量的补偿，补偿通道1和补偿通道2通过增益为1的加法器连接并经过注入电容得到最终的快电容补偿电流。下面结合附图对本发明做出详细说明。
如图1所示，本系统主要由补偿通道1、补偿通道2、加法器和注入电容四部分构成。其中补偿通道1如图2所示，由增益可编程放大器1组成，其目的是实现对于补偿通道1的放大倍数的调节，通过不同的放大倍数的选择，实现对于快电容干扰中无时间延迟分量的补偿。
补偿通道2如图2所示，由电阻2、增益可编程放大器3、可编程电容4构成。其中，电阻2和可编程电容4针对快电容干扰中有时间延迟分量的时间延迟参数进行调节；针对不同的时间延迟参数，系统通过选择不同的可编程电容的容值，实现补偿，再根据补偿的效果通过增益可编程放大器3实现对输出的调节。
可编程电容器4如图3所示，由固定容值电容C1～C4、可控开关P1～P8、变容二极管D1～D4构成。其功能是实现对电容容值的可编程调节，具体工作方式为：通过可控开关P1～P4选择连入电路的电容的个数，通过对连入电路中电容个数的调节实现对可编程电容容值的调节。同时，电容容值可以通过变容二极管D1～D4进行更精确的调节，具体为：变容二极管D1～D4可以通过可控开关P5～P8选择是否连入可编程电容器中，若选择将变容二极管连入电路，则变容二极管D1～D4的容值可通过VC1～VC4端所施加的模拟电压进行调节。可编程电容器4的容值可以通过可控开关P1～P8和变容二极管D1～D4进行容值的调节。
加法器如图2所示，由三个等值电阻和一个高输入阻抗、低偏置电流的运放构成，将补偿通道1和补偿通道2的输出相加形成最终的快电容补偿的输出。
注入电容8如图2所示，其作用是将最终的快电容补偿输出转化为快电容补偿所需的注入电流完成最终的快电容补偿过程。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。