יסודות S-Parameters במעבדה-on-a-Chip RF Sensors

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) (ב) [17] [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מדוע S-Parameters Matter for Lab-on-a-Chip Sensing

(ב) חיישן RF רגיל של מעבדה-on-a-chip מנצל שינויים בקניין דיאלקטרי – החל מתאים, חלקיקים או משככי כאבים כימיים – מבנה או קו שידור התחדשות חשמלי.כאשר השינויים ההיתר המקומיים, שינויים בעקביות של החיישן, מאמתים את השינויים הכימיים של ה-Sp1, או משנים את גודל ה-FLT1: 7F1F1F1D)

דרישות Instrument and Setup

מדידות S-parameter החל עם מנתח רשת וקטור מתאים (VNA) מודרני VNAs מכסה תדרים מ קילהרץ למאות ג'יגההרץ עם טווח דינמי מעל 120 dB. עבור רוב חיישנים מעבדה-on-a-chip הפועלים מתחת 20 GHz, ספסל VNA עם טווח תדר מינימלי של 300 kHz ל 8.5GHz הוא מספיק.

כבלים RF, Connectors, On-Chip Interding

הקשר בין VNA לבין המיקרוצ'יפ מציג את הפוטנציאל הגדול ביותר לשגיאה. כבלים קואקסיאליים איכותיים עם SMA או 2.92 מ"מ הם סטנדרטיים עבור תדרים עד 26.5 GHz. עם זאת, רבים מעבדים של מעבדה על שבבים קבועים צריכים להתחבר לאחור שבבים מאובטחים, אבל הם צריכים להתחבר שבבים ממוקדים עם סגסוגת של cc-a-kic.

שיקולים סביבתיים ודגמיים

מכשירים של מעבדה-on-a-chip משלבים ערוצים מיקרו-השפעהיים שצריכים להיות נקיים וחופשיים של בועות אוויר.בועות אוויר. בועות אוויר חתימות אוויריות גדולות ועלולים להפוך את מדידות S-parameter ללא תועלת - בועה בודדת שלכדה יכולה לשנות את החיסרון על ידי מאות מגה-הרץ.Sringe משאבות או בקרי זרימה מבוססי לחץ צריך לספק זרימה יציבה, שטף קבוע כדי לשמור על זרימה חשמלית לחלוטין, במיוחד, כלומר, כמו תחנת דלק נוזלית טמפרטורה חשמלית לחלוטין.

המונחים: On-Chip Measurements

אין מדידה S-parameter שימושית ללא קליברציה נאותה.קליברציה מסירת שגיאות שיטתיות מה-VNA, הכבלים, והבדיקות, העברת מטוס ההתייחסות למדידה לנמלי DUT.בלעדיו, מדידות גולמיות מציגות ripple, לצבור שגיאות ומגבלות ישירות המטשטשות את התגובה האמיתית של החיישן.

תקני קליברציה וחתולים

ערכות קלברציה מכילות דיוק פתוח, קצר, עומס, ובאמצעות סטנדרטים עם השתקפות ידוע coefficients. עבור עבודה על-וופר, תת-קרקעית סטנדרטית אימפולסיבית (ISS) ממוקם ליד השבב מספק התנגדות לייזר מעודפת לייזר ו-geometry קבוע נפתח וקצרים על אותו חומר מצופה מצופה DUT, מצמצם פגמים קבועים נגד קיבולת גבוהה הוא בדרך כלל 50 עיגולים עד בינונית ל- CRACKD.

טכניקות מורכבות

(FLT:0) קצר-פתוח-לואד-דרך (SOLTig)FLT) הוא הגישה הקונבנציונלית ביותר, באמצעות תיקון שגיאות 12-טווח.זה עובד היטב כאשר מודלים מדויקים של הסטנדרטים זמינים.עם זאת, בתדרים גבוהים או לערכים בלתי מאוישים רחוק מ 50 ⁇ , SOLT הופך לא מדויק כי הקפאה של תקן הפתוח והקיצור של ה-Inductance הם די קשים לשגיאות בדיוק.

(הפסקה:0באמצעות מיקרוגל-Reflect-Line (TRL)IRLT) 1 קליברציה 1 (הופנה מהדף vofer מעבדה-on-a-chip Characterizations) הוא דורש חיבור, תקן גבוה-reflect (בדרך כלל פתוח או קצר), ואחד סטנדרטים קו עם אורך חשמלי מבוזר היטב.

(FLT:0)Line-Reflect-Match (LRMIRLT) 1:1 מחליף את השורות מרובות של TRL עם קו אחד וזוג תקני התאמה.זה מהיר יותר אבל מטיל דרישות סימטריה מחמירות על תקני המשחק; עבור חיישנים עם רוחב פס קריטי, LRM עשוי להציג שאריות בלתי מתקבלות על הדעת כי דיוק מדרג.

המונחים: De-embedded

קליברציה מעבירה את מטוס ההתייחסות לטיפים של המחקר, אבל DUT עדיין עשוי לכלול קווי שידור שבב בין משטח החקירה לבין אזור החיישן בפועל. De-embedding מסיר את הטפילים האלה על ידי תת-התעלמות מתמטית של אפקט של מבני הקשר הידועים.זה דורש מדידה או סימול של S-פרמטרים של קוד פתוח ו באמצעות בדיקות לוח-pad על אותה תוכנה עשויה לעיתים קרובות לבצע אלגוריתמית פעולה מדויקת של אלגוריתמים של חומרת, או תיקון מדויק.

ביצוע המדידה: צעד אחר צעד

עם ריצוף ומחיקה מלאה, המדידה בפועל יכולה להמשיך.תשומת לב לפרטים בשלב זה מונעת את הצורך בפגישות חוזרות ומבטיחה שלמות נתונים.

הכנת הדגימות ו Handling

הערוץ המיקרו-השפעהי חייב להיות נקי וחופשי של שאריות.יש לשטוף מראש עם מים מחוסנים, ואחריו אתנול וייבוש אוויר, הוא סטנדרטי.לאחר העלאת השבב בתחנת החקירה, נוזל ההתייחסות - לעתים קרובות נוזל פוספט-פוסק דיו לכוד עבור בדיקות ביולוגיות - הוא הציג.הזרם מותר לייצב במשך כמה דקות כך החיישן מגיע תרמי ונוזלי יכול להבטיח בדיקה נקייה על ידי בועות רוח רפאים.

עקבו אחרי VNA

Define טווח גורף תדר שלוכד את הלהקה התפעולית של המכשיר, עם מספיק זמן כדי לראות את חצאית ההתחדשות בתוספת בסיס. עבור חיישן עם התחדשות נומינאלית ב 10 GHz, גורף של 9-11 GHz ב 401 נקודות מניב גודל של 5 MHz, אשר מספיק עבור Q-factors עד כמה מאות. עבור מ"מ גבוה יותר, 000, 000, 000 גבוה יותר, כדי לשמור על רמה נמוכה של שימוש.

ביצוע הנתונים של SEP ו- Capturing

(ב) עם נוכחות נוזל הבסיס, ליזום את הסגולה ולאחסן את עקבות ה- S-parameter ולאחר מכן להציג את הדגימה - בין אם תאים, חרוזים מגנטיים או פתרונות כימיים - ולאפשר למערכת להתיישב שוב, בדרך כלל למשך 30-60 שניות עד שהשלבים מייצבים, בין ההפיכה לסימן ההפיכה, לבין הסימון, ניתן לרשום את התגובה המלאה של שני מטבעות S-DI-F-F, אם אפילו רק לאחר מכן מאפשר זיהוי ראשוני של 1F2, כלומר, לאחר מכן, לאחר מכן, כלומר, כלומר, לאחר מכן, כלומר, כלומר, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, הוא מאפשר, לאחר מכן, כלומר, כלומר, כלומר, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, הוא מאפשר, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, הוא מאפשר, לאחר מכן, לאחר מכן, הוא מאפשר, לאחר מכן, הוא מאפשר, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, הוא מאפשר, הוא מאפשר, לאחר מכן, הוא מאפשר, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר ש- 1LT2 LT2

ניטור וצמצום השפעות סביבתיות

תנודות טמפרטורה לגרום לסחף הן ב-VNA והן שבב. A 0.1 ° C שינוי יכול לשנות חזרה פס צר על ידי עשרות קילווהרץ.עבור חיישנים מעבדה-on-a-chip כי מסתמכים על גילוי שינויים בתדרים קטנים, תוך בידוד תרמילי השבב ושימוש בקר טמפרטורה משפר את יכולת ההחזרה.

ניתוח נתונים ופרשנות

הנתונים של Raw S-parameter חייבים להיות מעובדים כדי לחלץ פרמטרים משמעותיים של חיישן.ניתוח זה מגשר על הפער בין מדידות RF לבין תופעות פיזיות המתרחשות במיקרוסקופ.

הפקה: Key Performance Metrics

(ב) , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שלב וקבוצת Delay Analysis

בעוד שגודל S-parameters הוא אינטואיטיבי, מידע שלב חיוני עבור חיישנים רבים של מעבדה-on-a-chip.השלב הבלתי עטוף של FLT:0SIRFLT:12103:2s ראשי תיבות של Python-a-chip משך זיהוי; שינוי בשלב זה מצביע על שינוי מהירות הפחתת הרגישות הנגרמת על ידי שינוי בקבוצת הנימוסיות יעילה, עיכוב ⁇ FIRD2=RIp-R.

שחיתות עם רגישות חושית וספקטרום

לבסוף, הפרמטרים RF המפלטים חייבים להיות מתואמות עם ריכוזים ידועים או סוגים תאים. a ליניארית של שינוי תדירות מול ספירת תאים נותן ערך רגישות ב הרץ לתא.specificity נבדק על ידי הצגת הפרעות ולוודא כי התגובה החיישן נותרה מינימלית.ניתוח סטטיסטי של מדידות חוזרות ונשנות מספק גבול של זיהוי (LOD), המוגדר בדרך כלל כשינוי בסיסי ממוצע בתוספת שלוש סטיות סטנדרטיות רק באמצעות ניתוח מוטציה כימית או שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי תוכנת הדפסה.

טכניקות מתקדמות ופתרון בעיות

גם עם הגדרה קול, מדידות RF מעבדה-על-עצ'יפ יכולות לסבול מחפצים ייחודיים.כתובת אלה דורשת שילוב של מודלים ובדיקות אמפיריות.

התמודדות עם השפעות פרדוקסטיות ב- Microscale Sensors

הממדים הפיזיים הקטנים מובילים ל- parasitic capacitances ולחינוך שיכולים להסוות את התגובה הרצויה. על---chip הפיכה בין השורות הסמוכות, לחצות את המצע המוליכים (אם באמצעות טכנולוגיית סיליקון-on-inulator טכנולוגיה), ובדיקת פרמטרים אוטומטית מגיבה כל השפעה S-parap.אפקט של כריות ניתן להסיר על ידי de-emled, כמו סיליקון-Ricials.

טמפרטורה ואפקטים בלחץ

שינויים בטמפרטורות מתרחבים או חוזים את קווי תת-קרקעיים ומתכת, משנים את ההיתר של חומר החיישן, ולשנות את הקבוע הדיאלקטרי של הדגימה לפני שמציין שינוי תדר לתגובה, ודא כי השינוי אינו תואם רק עם טמפרטורה. בדומה, וריאציות לחץ מיקרו-השפעה יכולות לקלקל את השבב או לשנות את גובה הערוץ, ישירות את השדה החשמלי.

מדדים רב-ספורט ומדדים שונים

(ב) חיישנים של מעבדה-על-פי-ה-מטען (ב) משתמשים ברגישות שונות כדי לדחות רעש משותף-מו-ד' (לדוגמה, שני התחדשות זהה) וניתן לבצע זאת, אחד מהם פועל כנקודת התייחסות והשני כגורם החישה; ההבדל ב- 4.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.

דוגמאות ל- Real-World

מדידות S-parameter מאפשרות חיישנים של RF במעבדה-על-עצ'יפ לחדור לתחומים מגוונים.הדוגמאות הבאות ממחישות כיצד תוהוציית RF נכונה מתורגמת לערך מעשי.

זיהוי תאים ביולוגיים ומיין

באבחון סרטן, הפצת תאי גידול (CTCs) יכולה להיות מבודדת בדם ועברה דרך ערוץ זיהוי מיקרו-השפעה המשולב עם מחזרת גל מתוכנן ( כאשר תא יחיד זורם דרך פער החישה, ה- mbrane גבוה יותר של תאים גודל חזק) ו- > 2> גודל חזק>>> חזק על ידי תאים חזקים על בסיס קבוע >>> 2> גודל חזק יותר על ידי תאים חזקים על ידי תאים חזקים לחץ דם חזק על ידי 2>>>>>>>> רוחב 2>>>>>>> גודל חזק לחץ חזק יותר על בסיס קבוע לחץ דם חזק על בסיס קבוע לחץ דם חזק לחץ דם חזק לחץ דם חזק על ידי מדידה גבוהה על ידי תאים חזקים על ידי תאים>>>>>>> >>>>>>>>>> בטווח קבוע לחץ דם חזק על בסיס קבוע לחץ דם חזק לחץ דם חזק לחץ דם חזק על בסיס קבוע לחץ דם חזק על בסיס קבוע לחץ דם גבוה על בסיס קבוע לחץ דם גבוה יותר של תאים>>>> בטווח של תאים> רוחבי תיבות של 2 23>

ריכוז כימי ותגובה ניטור

חיישנים מיקרוגל משולבים שנבנו על ציר זכוכית עם capacitors מודינמי כבר בשימוש לפקח על ריכוז גלוקוז ב-פוספט-מפוס-מצוק קוץ' הרץ: התגובה של חיישן:0SuaFLT:111FLT:2reaFLT 3 יכול להיות שינוי דרמטי של תדרי הראייה - 4LN - באופן יחסי ל-DRAFREF1, בעיקר בגלל שינויים קלים, כי הם רק 1 ליטרים של קיבולת נמוכה.

שיטות וסטנדרטים הטובים ביותר

כדי להשיג נתונים איכותיים לפרסום ולעמוד בסטנדרטים של אמינות תעשייתית, לדבוק במערך הבא של שיטות מבחן היטב.

  • (FLT:0) איכות ההפלה: ⁇ 1 (לאחר שיתוק, מדד תקן אימות ידוע (למשל, ספורטאי 20 dB) ומאשר כי הפרשנים שלו תואמים את הערכים הצפויים בתוך גבולות אי הוודאות VNA.
  • (FLT:0) המדידות תחת תנאים מבוקרים:FreaLT:1) מבצע לפחות שלושה ריצות מדידה עצמאיות, כולל תגמול מלא אם מעשי.דווח לא רק על המשמעות אלא גם הסטייה הסטנדרטית של פרמטרים מופקים.
  • (FLT:0) תקני שימור: ההרחבה:IRLT:1 בכל פעם שניתן, השתמש ערכות מוסמך על ידי מוסדות מטרולוגיים לאומיים.זה מבטיח פערי נתונים על פני מעבדות.
  • (FLT:0) הקצאת הסטנדרטים האחרונים של IEEE:FLT:1 287 מספק מפרטים עבור מחברים קואקסיאליים, בעוד IEEE Std 1785 מכסה ממשקי גל.עבור על-פני וואיפר, בצע המלצות של ועדת מדדי המיקרוגל של IEEE MTT-S.
  • (FLT:0) אוטומטי שבו ניתן:FLT:1ir תחנות בדיקה אוטומטיות ובקרת VNA (באמצעות PyVISA או MATLAB Instrument Control Toolbox) לחסל את השגיאה האנושית ולאפשר מדידות לילה למחקרי סחף.
  • (FLT:0)Check for connector backability:FreaLT:1 לפני המדידות קריטיות, להתחבר ולנתק את כבל המבחן כמה פעמים כדי לאשר וריאציות הן בתוך גבולות מקובלים (בדרך כלל פחות מ 0.05 dB ו-0.5 מעלות).
  • (ב) ויקרא: ויקרא י"ד): "ה' י'" (בראשית כ"ד) , ויקרא י"ד) , ויקרא ויקרא י"ד).

מסקנה

באמצעות מדידות S-parameter קובע את עמוד השדרה של מעבדה-ona-chip RF פיתוח והערכה. על ידי בחירת טכניקת VNA ו calibration הנכונה כדי de-embedding על parasitics ו- ניתוח מידע שלב, כל צעד בזרימת העבודה משפיע ישירות על הרגישות והרזולוציה של חיישן, כמו שילוב מיקרו-השפעה הופך ליותר, מורכב עבור חוקרים אמינים, ורק על ידי מדידה גבוהה, ובאופן מדויק של נתונים, הוא מסוגל לדחוף באופן ישיר על ידי שיפור קפדני של אבטחה, ורק על ידי , ובאופן מדויק, ומאובטח, ומאובטחת, ורק על ידי , ורק על ידי אבטחה גבוהה של אבטחה גבוהה של אבטחה קפדנית של אבטחה גבוהה של אבטחה קפדנית של אבטחה קפדנית של אבטחה קפדנית של אבטחה גבוהה, ופתרון.