高速高精度微弱电流采集系统的设计

《高速高精度微弱电流采集系统的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据独创性声明本人声明所旱交的学位论文是本人在导师指导’卜．进行的研究jl：作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注利致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些太堂或其他教育机构的学位或证忙而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：妻乡忍签字日期：如∥年，月，口日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解丞洼互些太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权玉洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分

2、内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编哕供奄阅和借阅。同意学校向国家有关部

3、、j或机构送交论文的复印f，l：年il磁盘。(保密的!学伊论文住解宓II

4、厅i适川本授权说明)学位论文作者签名：蔓苫函签字日期：加＆年f月X。目导师签名亟夔签字日期：幻箩年，月矽日学位论文的主要创新点嘲万方数据一、设计了新的快电容补偿硬件方案，通过数字可编程增益放大器和基于变容二极管的可编程电容简化了快电容补偿的电路设计，同时提高了系统补偿精度；二、将模糊自适应算法应用到快电容补偿中，并通过实验验

5、证了该方案能够进一步提高快电容补偿精度。万方数据摘要膜片钳技术是一种通过测量细胞离子通道电流来研究细胞各种离子通道及其调控机制的技术，膜片钳技术的提出，为细胞生物学相关研究带来了革命性的变革。纳米孔单分子DNA测序技术则是通过测量DNA通过纳米孔时引起的电流变化完成DNA测序，对于人类各类疾病的基因研究等方面具有十分重要的意义。两种技术的实质，是针对测量过程中产生的微弱电流信号的高速高精度采集。由于测量对象和测量仪器本身会引入各种干扰，影响系统测量的精度，为了准确测量两种应用环境下的微弱电流信号，本文在

6、分析系统模型的基础上，进行了高速高精度微弱电流采集的系统设计，特别是针对测量过程中存在的快电容干扰，提出了新的补偿方法。本文主要工作如下：1、分析了膜片钳技术和纳米孔单分子DNA测序技术的电学模型，在此基础上，进行了高速高精度微弱电流采集系统的软硬件设计，系统采用AlteraCycloneIII型高速FPGA作为主控模块，以高速高精度AD转换器作为数据采集模块并通过过采样技术进一步提高采集精度，通过USB2．0技术实现由下位机向上位机的数据传输，并设计了基于Labview的上位机显示系统。2、分析了快电

7、容干扰电路模型，针对快电容干扰产生机制，设计了相关的硬件补偿电路，并针对电路中需要进行放大器增益调节和电容容值调节的要求，选择了数字可编程增益放大器并设计了基于变容二极管的可编程电容。同时，提出了基于模糊自适应算法的快电容补偿算法，从而进一步提高了快电容补偿精度。实验结果表明，该快电容补偿方法能够使得10nA的快电容伪差电流下降至2pA左右，极大的提高了快电容补偿精度。本文针对高速高精度微弱电流采集系统进行了研究，进行了相关的软硬件设计，实现了对微弱电流信号的采集，同时针对测量过程中存在的快电容干扰设计

8、了新的快电容补偿方法，并通过实验验证了该方法的准确性。关键字：高速高精度微弱电流采集；过采样技术；快电容补偿；可编程增益放大器；可编程电容；模糊自适应算法万方数据ABSTRACTPlatch．clampisusedtostudyallsortsofionicchannelsandtheirregulationsthroughmeasuringthecurrentofcellionic．Theplatch-clamphasbroughtrevolutionarychangefornlecellbiolog

9、yrelatedresearch．Nanoporesingle—strandDNAsequencingtechnologyisrealizedbymeasuringthechangeofcurrentwhenDNAispassingthroughthenanopore．Ithasveryimportantsignificanceforthegeneresearchofhumandiseases．Theessenceofthesetwokindsoftechnologyisthatthehigh．spee

10、dandhigh-precisionacquisitionofweakcurrentsignals·TheinterferencesintroducedbythemeasuredobjectsandthemeasurmginStnlmentsthemselveswillaffecttheprecisionofthesystem．Inordertomeasuretheweakcurrentsignals，thisthesishasdesign