本发明涉及液滴微流体器件，更具体地涉及有源矩阵电介质上电润湿(am-ewod)器件以及这种器件的阵列元件的阵列元件电路的配置，以优化特别是对于低电容感测的感测能力。
背景技术：
电介质上电润湿(ewod)是一种已知的技术，可通过施加电场来操纵流体的液滴。有源矩阵ewod(am-ewod)指的是在包含晶体管(例如通过使用薄膜晶体管(tft))的有源矩阵阵列中实现ewod。因此，它是用于芯片实验室技术的数字微流体技术的候选技术。“digitalmicrofluidics：isatruelab-on-a-chippossible？”r.b.fair，microfluidnanofluid(2007)3：245-281中介绍了该技术的基本原理。
图1是描绘示例性的基于ewod的微流体系统的图。在图1的示例中，微流体系统包括读取器32和仓盒34。和传统的一样，仓盒34可包含微流体器件(例如am-ewod器件36)以及(未示出的)进入器件的流体输入端口和电连接。流体输入端口可以执行将流体输入到am-ewod器件36中并在器件内生成液滴的功能，例如通过电润湿控制从输入容器中分配流体。如以下进一步详细描述的，微流体器件包括电极阵列，该电极阵列配置为接收输入的流体液滴。
微流体系统还可包括控制系统，控制系统被配置为控制施加到微流体器件的电极阵列的致动电压，以对流体液滴执行操纵操作。例如，读取器32可以包含配置为控制电子器件38的控制系统和可以存储任何应用软件和与该系统相关联的任何数据的存储设备40。控制电子器件38可以包括配置为执行与am-ewod器件36的控制有关的各种控制操作的合适的电路和/或处理设备，例如cpu、微控制器或微处理器。
在图1的示例中，提供了用于感测液滴性质的外部传感器模块35。例如，可以将本领域中已知的光学传感器用作用于感测液滴性质的外部传感器。合适的光学传感器包括照相机设备、光传感器，电荷耦合器件(ccd)和类似的图像传感器等。附加地或替代地，传感器可以被配置为内部传感器电路，内部传感器电路被并入为每个阵列元件中驱动电路的一部分。这样的传感器电路可以通过检测阵列元件处的电性质(例如阻抗或电容)来感测液滴性质。
图2是以透视图描绘示例性am-ewod器件36的其他细节的图。am-ewod器件36具有下基板组件44，在下基板组件44上设置有薄膜电子器件46。薄膜电子器件46布置为驱动阵列元件电极48。多个阵列元件电极48布置在电极或元件二维阵列50中，二维阵列50具有n行×m列的阵列元件，其中n和m可以是任何整数。可以包括任何极性液体并且通常可以是水性的液滴52被封闭在由间隔物56分开的下基板44和上基板54之间，但是应当理解，可以存在多个液滴52。
图3是描绘通过图2的示例性am-ewod36器件的一些阵列元件的横截面的图。在图3所示的am-ewod器件的一部分中，该器件包括可以在图2的am-ewod器件36的电极或元件阵列50中使用的一对阵列元件电极48a和48b(以横截面示出)。am-ewod器件36还包括设置在下基板44上的薄膜电子器件46，薄膜电子器件46通过间隔物56与上基板54分开。下基板44的最上层(可以被认为是薄膜电子器件层46的一部分)被图案化，以实现多个阵列元件电极48(例如，图3中的阵列元件电极48a和48b的具体示例)。术语元件电极48可以在下文中既指与特定阵列元件相关联的物理电极结构48，又指直接连接至该物理结构的电路的节点。在图3中示出了参考电极58，其设置在上基板54上，但是备选地，参考电极可以设置在下基板44上，以实现面内参考电极几何形状。术语参考电极58在下文中也可以既指物理电极结构中的任意一个或二者，也指直接连接至该物理结构的电路的节点。
在am-ewod器件36中，可以使用非极性流体60(例如，油)来占据未被液滴52占据的体积。可以在下基板44上设置分离导电元件电极48a和48b与第一疏水涂层64的绝缘体层62，液滴52以θ表示的接触角66落在第一疏水涂层64上。疏水涂层由疏水材料(一般而言，但不一定是含氟聚合物)形成。在上基板54上是第二疏水涂层68，液滴52可以与第二疏水涂层68接触。参考电极58介于上基板54和第二疏水涂层68之间。
液滴的接触角θ定义如图3所示，并由固液(γsl)、液气(γlg)和非离子流体(γsg)界面之间的表面张力分量平衡确定，并且在不施加电压的情况下满足杨氏定律，等式为：
在操作中，称为ew驱动电压的电压(例如，图3中的vt、v0和v00)可以从外部施加到不同的电极(例如，分别为参考电极58、元件电极48a和48b)。所建立的所得到的电力有效地控制了疏水涂层64的疏水性。通过设置不同的ew驱动电压(例如，v0和v00)以施加到不同的元件电极(例如，48a和48b)，液滴52可以在两个基板之间的横向平面上移动。
图4a示出了在存在液滴52的情况下在元件电极48和参考电极58之间的电负载70a的电路表示。通常可以将液滴52建模为并联的电阻器和电容器。一般而言，液滴的电阻将相对较低(例如，如果液滴包含离子)，液滴的电容将相对较高(例如，由于极性液体的相对介电常数相对较高，例如，如果液滴为水性，则约为80)。在许多情况下，液滴电阻相对较小，使得在为电润湿所感兴趣的频率下，液滴52可以有效地用作电短路。疏水涂层64和68具有可以建模为电容器的电特性，并且绝缘体62也可以建模为电容器。元件电极48和参考电极58之间的总阻抗可以通过电容器来近似，该电容器的值通常由绝缘体62的贡献以及疏水性涂层64和68的贡献所决定，并且对于典型的层厚度和材料而言，其在值方面可以处于微微法的数量级。
图4b示出了在不存在液滴的情况下在元件电极48和参考电极58之间的电负载70b的电路表示。在这种情况下，液滴成分被代表占据上基板和下基板之间空间的非极性流体60的电容的电容器代替。在这种情况下，可以通过电容器来近似元件电极48和参考电极58之间的总阻抗，该电容器的值主要由非极性流体的电容决定，并且通常很小，大约在毫微微法的数量级。
为了驱动和感测阵列元件，电负载70a/70b总体上实际上起电容器的作用，其值取决于在给定的元件电极48处是否存在液滴52。在存在液滴的情况下，电容相对较高(通常为微微法的数量级)，而如果没有液滴存在，则电容较低(通常为毫微微法的数量级)。如果液滴部分覆盖给定的电极48，则电容可以近似表示液滴52对元件电极48的覆盖程度。
us7,163,612(sterling等人，2007年1月16日授权)描述了可以如何使用基于tft的薄膜电子器件，以通过使用与有源矩阵显示技术中采用的电路布置非常相似的电路布置来控制对ewod阵列的电压脉冲寻址。us7,163,612的方法可以被称为“有源矩阵电介质上电润湿”(am-ewod)。使用基于tft的薄膜电子器件控制ewod阵列有几个优点，即：
·电子驱动器电路可以集成到下基板上。
·基于tft的薄膜电子器件非常适合am-ewod应用。其制造价格低廉，因此可以以相对较低的成本生产相对较大的基板面积。
·与标准cmos工艺制造的晶体管相比，标准工艺制造的tft可以设计为在更高的电压下工作。这很重要，因为许多ewod技术要求施加超过20v的电润湿电压。
图5是描绘图2的示例性am-ewod器件36中的薄膜电子器件46的示例性布置的图。薄膜电子器件46位于下基板44上。元件阵列50的每个阵列元件51包含用于控制相应元件电极48的电极电位的阵列元件电路72。集成的行驱动器74和列驱动器76电路也以薄膜电子器件46实现，以将控制信号提供给阵列元件电路72。阵列元件电路72还可以包括用于检测阵列元件的位置中是否存在液滴的传感器能力。集成的传感器行寻址78和列检测电路80可以进一步以薄膜电子器件实现，以寻址和读出每个阵列元件中的传感器电路。
还可以提供串行接口82以处理串行输入数据流，并促进对阵列50中的元件电极48的所需电压的编程。电压源接口84提供相应的供应电压、上基板驱动电压和其他必要的电压输入，如本文进一步所述。即使对于大的阵列大小，下基板44与外部控制电子器件、电源和任何其他组件之间的许多连接线86也可以相对较少。可选地，串行数据输入可以部分并行化。例如，如果使用两条数据输入线，则第一条可以为1至x/2列提供数据，而第二条可以为(1 x/2)至m列提供数据，而对列驱动器电路76进行较小的修改。以这种方式，可以将数据编程到阵列的速率增加了，这是液晶显示器驱动电路中使用的标准技术。
已经描述了控制am-ewod器件以感测液滴并执行期望的液滴操纵的各种方法。例如，us2017/0056887(hadwen等人，于2017年3月2日公布)描述了使用电容检测来感测试剂的动态性质，作为一种用于确定测定的输出的方法。
图6是描绘包括体现申请人的先前设计的用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的阵列元件的图。该基本电路具有三个薄膜晶体管(tftt1、t2和t3)和两个电容器(c1和c2)，并且与七条寻址线相关联。rdrop和cdrop表示从参考(顶)电极tp到液滴可能位于其上的疏水涂层的整个器件的电阻和电容，并且结合到器件中的任何其他绝缘体层都由电容ci表示。rdrop和cdrop的值将基于液滴的存在与否而变化，如上面关于图4a和4b所述。具有此基本电路设计的示例am-ewod器件在申请人共同转让的us8,653,832(hadwen等人，2014年2月18日授权)和us2018/0078934(hadwen等人，2018年3月22日公布)中进行了描述。
图6的电路通常如下操作。为了通过向所述阵列元件写入电压数据来对阵列元件进行编程，将要编程的电压加载到寻址线sl上，并且将脉冲施加到适合于对行进行编程的栅极线gl。这导通了驱动晶体管t1，并且连接至电极的电路节点被充电至编程电压。当gl取低时，该电压被保留，并存储在存储电容器c1中。一般而言，c1比第二电容器或传感器电容器c2大至少大约一个数量级。为了执行感测，在重置步骤中，重置晶体管t2通过rst信号导通，因此传感器读出晶体管t3的栅极充电至vcca。在常规配置中，vcca是被选择为低于t3阈值电压的重置电位，以使t3保持关断状态，并且清除任何先前的电压。在感测步骤中，将rst信号设置为低，使得传感器读出晶体管t3的栅极不被驱动，并向寻址线rws施加脉冲。在rws脉冲的持续期间，电极电位被扰动到更高的电压。所实现的电压变化主要是电容器c1与电极处的总电容(包括与液滴存在与否相关联的负载)之比的函数。该扰动通过传感器电容器c2耦合到t3的栅极，并且晶体管t3相应地导通到由耦合的脉冲幅度确定的程度。像素电压源vpix提供电压输入，以便产生通过t3的输出电流，该输出电流再次取决于耦合到t3的栅极处的电压。所得到的电流通过t3，并沿传感器输出列线col向下流，然后可以由列底部(未示出)处的列检测电路感测到。
还可以修改图6的基本阵列元件电路，这对于某些应用或情况可能是有利的。图7是描绘包括体现申请人的另一先前设计的用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的阵列元件的图。对比配置在申请人共同转让的us2017/0076676(hadwen，2017年3月16日公布)中进行了描述。在该实施方式中，us8,653,832的三个晶体管/两个电容器感测电路可以与两个晶体管/一个电容器阵列元件致动电路组合。因此，该实施方式总共包含五个晶体管、三个电容器和九条寻址线，并且附加的致动电路与所述的阻抗传感器电路组合在一起。寻址线控制对包括晶体管t4和电容器c3的附加动态ram存储电路的访问。编程到该电容器的电压进而取决于被写入c3的电压是否足以导通t5，而控制来自致动电路的输入信号是否通过阵列元件电极连接。当感测功能正被操作时，输入信号sel还可以用于将元件电极与致动信号隔离。在其他方面，感测功能可以与相对于图6所描述的同等地进行。
在上述感测电路的一种变形例中，阵列元件不包含在us8,653,832中的行选择线(在us8,653,832中称为rws的行寻址线)或连接在rws线和元件电极之间的电容器c1(在us8,653,832中称为cs)。然而，在类似的感测操作中，重置晶体管t2的栅极进而由信号rst导通，因此传感器读出晶体管t3的栅极同样向vcca充电。再次，在常规配置中，重置电位vcca被选择为低于t3的阈值电压，使得t3保持关断并且清除任何先前的电压。
图8是描绘包括体现申请人的另一先前设计的用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的阵列元件的图。在申请人共同转让的us8,173,000(hadwen等人，2012年5月8日授权)中描述了相似配置。在该实施方式中，us8,653,832的三个晶体管/两个电容器阻抗传感器电路可以与结合有sram元件的致动电路和存储器功能组合。存储器功能包括n型开关晶体管t4、p型开关晶体管t5、第一反相器i1和第二反相器i2。该实施方式还包括具有两个模拟开关s1和s2的反相电路。电容ch和ci是指包括疏水涂层和绝缘体层的器件层的电容。如us8,173,000中所述，通过施加电压脉冲以导通开关晶体管t4或t5之一来写入存储器功能。这样写入的输入电压被提供给反相电路。反相电路的操作提供了反相存储节点信号，该信号可以通过连接至sram元件的两个反相器之间的节点获得。在其他方面，感测功能可以与相对于图6和图7所描述的同等地进行。
即使具有基于tft的am-ewod器件的优势，分析难题仍然存在。特别地，阵列元件电路的常规配置对小电容缺乏足够的灵敏度，无法在特定情况下进行感测。这在很大程度上是由于传感器读出晶体管的栅极最初处于低电压，导致在重置操作期间传感器读出晶体管处于“关断”状态。因此，在感测操作期间发生的小电容变化不会导致输出信号发生足够大的变化，因为t3栅极电压的任何小变化都不会使晶体管脱离“关断”状态。诸如油填充和气泡之类的情况导致传感器读出晶体管的信号输出电流摆幅与系统噪声相当(约为最终器件输出电压的20mv左右)，因此这种输出信号难以针对感测目的进行检测。例如，us8,872,527(sturmer等人，2014年10月18日授权)试图根据空气和油之间的电容差异来检测微流体性质，包括气泡的存在。
技术实现要素：
更加灵敏的阻抗感测电路将基于传感器读出晶体管的输出，更可靠地检测油填充和气泡以及与小电容变化相关联的其他状况。例如，这还可以使得能够检测器件表面上的污染并且潜在地促进液滴所处的细胞间隙的高度的电子测量，并且还可以应用于其他器件和液滴状况。
因此，本发明涉及am-ewod器件中的阵列元件电路的增强配置，其实现了提高阵列元件内的阻抗感测电路的灵敏度。通过增强对非常小的电容变化(例如与油填充和气泡的存在相关联的电容)的敏感度来改进感测电路，或者感测电路可以适合于对下基板和上基板之间的细胞间隙的高度进行电子测量以及其他应用。在根据本发明的实施例的阵列元件电路中，电容的小变化可以被转换为来自传感器读出晶体管的较高的放大输出电流，以允许改进对与小电容变化相关联的状况的感测。
为了实现这种增强的灵敏度，施加预充电效应，由此在感测阶段期间改变被感测的阵列元件中的传感器读出晶体管以导通传感器读出晶体管。这不同于常规的配置，在常规的配置中，在施加扰动电压之前，传感器读出晶体管会在感测阶段开始时重置为关断状态。例如，可以在传感器读出晶体管的栅极和源极之间施加正的预充电电压以导通该晶体管，或者可以在p型传感器读出晶体管的栅极和源极两端施加负的电压以导通传感器读出晶体管。
在感测操作期间，阵列元件电路的致动和存储器部分与感测电路隔离，并且施加到阵列元件电路，例如施加到ewod器件的参考(顶)电极的电压受到扰动。扰动通过一些电路元件耦合到感测电路，其方式将取决于在阵列元件处是否存在液滴或油而不同。扰动最终被耦合以扰动传感器读出晶体管的栅极处的电压。由于在感测阶段期间施加了预充电效应以导通传感器读出晶体管，因此该晶体管将在其线性区域工作，在该线性区域中，栅极电压变化会反映在其漏极电流的相应变化中。这与晶体管栅极电压不高于“导通电压”且栅极电压变化未反映在漏极电流的显著变化中不同。因此，预充电效应意味着由于非常小的电容变化而导致的栅极电压的微小变化会导致对来自传感器读出晶体管的输出电流的较大影响，从而提供更灵敏的感测电路。一般而言，预充电效应操作以增加传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差的幅度，从而增加栅极处的电压扰动对来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的影响。
在示例性实施例中，通过将预充电电压施加到传感器读出晶体管的栅极以在感测阶段期间将传感器读出晶体管导通并结合施加扰动电压来实现预充电效应。在示例性实施例中，通过用行寻址线信号代替常规电源线(vcca)来执行预充电效应，该行寻址线信号被配置为与阵列中其他行的电位相比对被感测的行具有不同的电位。对于被感测的行，特别是仅对于被感测的行，传感器读出晶体管的栅极由行寻址信号预充电(pc：“预充电”)到传感器读出晶体管导通的状态，因此，与常规配置相比，传感器读出晶体管栅极处相对较小的电压变化将在输出电流中产生较大的变化。当将重置信号线脉冲到重置晶体管的栅极以导通重置晶体管时，来自行寻址线的电压输入pc通过重置晶体管施加到传感器读出晶体管的栅极，从而导通该晶体管，因此，当pc电压与传感器读出晶体管的栅极断开连接并且参考电极受到扰动时，来自感测电路的输出电流将产生较大变化。未被感测的所有其他行上的传感器读出晶体管的栅极保持在一不同的低电位，使得未被感测的行中的传感器读出晶体管保持关断。结果，通过输出列线的电流仅从被感测的行导出。
替代实施例采用不同的电路配置和操作来执行参考的预充电以导通传感器读出晶体管。例如，在示例性实施例中，升压电容器连接在像素输入电压vpix和传感器读出晶体管的栅极之间，由此通过将像素输入电压通过升压电容器耦合到传感器读出晶体管的栅极以导通晶体管来执行预充电效应。在另一个实施例中，传感器读出晶体管被配置为p型晶体管，并且预充电效应是通过向传感器读出晶体管的栅极施加输入电压以关断传感器读出晶体管来执行的，并且然后调整像素输入电压以增加传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差的幅度，即，调整像素输入电压vpix以使传感器读出晶体管“导通”。在另一个实施例中，预充电效应可以与扰动电压同时而不是在其之前施加，这也导致传感器读出晶体管变得“被更多地导通”。在又一个实施例中，可以在扰动电压开始之后施加预充电效应，这导致与传感器读出晶体管变得“被更多地导通”的相同结果。
本发明的电路配置具有优于常规配置的优点，在于通过被感测的行的传感器读出晶体管的传感器输出对电极处的小电容变化高度敏感。灵敏度提高的应用包括检测ewod器件中是否存在油，这在填充器件和检测气泡，或者检测疏水表面的电导率变化(例如其由于污染生物分子吸附而可能会发生)，等等时是有用的。与这种状况相关联的输出电流变化很容易检测到，从而可以容易地检测出芯片的输出电压，该电压以前为5mv或更低，一直到最高为5v，其间有大约500个电压电平。在所有ewod器件应用中，尤其是在高温下，检测此类状况可以具有作为质量检查的价值。在反馈模式下，这可用于报告错误和/或实施纠正措施。
因此，本发明的一个方面是一种具有增强的阵列元件电路的am-ewod器件，该器件在感测操作期间采用预充电操作，该预充电操作结合施加扰动电压导通传感器读出晶体管，从而增加了扰动电压对用于感测的输出电流的影响。在示例性实施例中，am-ewod器件包括以行和列的阵列布置的多个阵列元件，每个阵列元件包括阵列元件电路、元件电极和参考电极。阵列元件电路包括被配置为向元件电极和参考电极施加致动电压以用于致动阵列元件的致动电路，以及被配置为感测阵列元件电极处的阻抗以确定在阵列元件处的液滴或器件性质的阻抗传感器电路，阻抗传感器电路包括传感器电容器和输出用于感测的输出电流的传感器读出晶体管。传感器电容器电连接至传感器读出晶体管的栅极，使得在感测阶段期间，电压扰动通过传感器电容器(以及可能的其他电路元件)耦合到传感器读出晶体管的栅极。阻抗传感器电路还包括预充电元件，该预充电元件在感测阶段期间结合电压扰动的耦合来操作以导通传感器读出晶体管，从而增加电压扰动对输出电流的影响。
预充电元件的实施例包括，例如，将预充电电压施加到传感器读出晶体管的栅极以导通传感器读出晶体管的重置晶体管，或者将预充电电压施加到传感器读出晶体管的栅极以导通传感器读出晶体管的升压电容器。备选地，预充电元件可以被配置为p型传感器读出晶体管和连接至重置电压寻址线的重置晶体管，其中通过重置晶体管的重置电压将p型传感器读出晶体管的栅极重置，调整输入到p型传感器读出晶体管的源极的电压，以增大p型传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差的幅度并将p型传感器读出晶体管导通。
本发明的另一方面是任何实施例的am-ewod的操作方法，其中在感测操作期间执行预充电操作，该预充电操作结合施加扰动电压而导通传感器读出晶体管，从而增加扰动电压对感测输出电流的影响。在示例性实施例中，该方法包括对被感测的阵列元件执行预充电操作，该预充电操作增大了被感测的阵列元件的传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差的幅度，以充分导通被感测的阵列元件的传感器读出晶体管；扰动施加到被感测的阵列元件的电压，并且将经扰动的电压通过传感器电容器耦合到被感测的阵列元件的传感器读出晶体管的栅极；以及测量来自被感测的阵列元件的传感器读出晶体管的输出电流，以测量被感测的阵列元件处的器件、液滴或油的性质。
参考以下描述和附图，本发明的这些和进一步的特征将变得清楚。在说明书和附图中，已经详细公开了本发明的特定实施例，以指示可以采用本发明的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的范围不被相应地限制。而是，本发明包括落入所附权利要求书的精神和范围内的所有改变、修改和等同物。相对于一个实施例所描述和/或示出的特征可以在一个或多个其他实施例中以相同的方式或以类似的方式使用，和/或与其他实施例的特征组合或替代地使用。
附图说明
图1是描绘示例性的基于ewod的微流体系统的图。
图2是以透视图描绘示例性am-ewod器件的图。
图3是描绘通过图2的示例性am-ewod器件的一些阵列元件的横截面的图。
图4a是描绘当存在液滴时在元件电极处呈现的电负载的电路表示的图。
图4b是描绘当不存在液滴时在元件电极处呈现的电负载的电路表示的图。
图5是描绘图2的示例性am-ewod器件中的薄膜电子器件的示例性布置的图。
图6是描绘包括体现申请人的先前设计的用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的阵列元件的图。
图7是描绘包括体现申请人的另一先前设计的用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的阵列元件的图。
图8是描绘包括体现申请人的另一先前设计的用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的阵列元件的图。
图9是描绘包括用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的多个阵列元件的图，该am-ewod器件采用施加预充电电压来对传感器读出晶体管进行预充电。
图10是示出图9的实施例的操作的时序图。
图11是描绘了包括用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的多个阵列元件的图，其是图9的采用附加存储电容器的变形例。
图12是示出图11的实施例的操作的时序图。
图13是描绘包括用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的多个阵列元件的图，其是图9采用不同致动电路的变形例。
图14是示出图13的实施例的操作的时序图。
图15是描绘包括用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的多个阵列元件的图，其是图9采用另一种不同致动电路的变形例。
图16是示出图15的实施例的操作的时序图。
图17是描绘包括用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的多个阵列元件的图，其采用升压电容器来对传感器读出晶体管进行预充电。
图18是示出图17的实施例的操作的时序图。
图19是描绘图17还采用了升压电容器的电路的变形例的图，该升压电容器被并入阵列元件电路中以对传感器读出晶体管进行预充电。
图20是示出图19的实施例的操作的时序图。
图21是示出了图19的实施例的操作以及预充电电压的替代时序的时序图。
图22是示出了图19的实施例的操作以及预充电电压的另一备选时序的时序图。
图23是描绘包括用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的多个阵列元件的图，该阵列元件电路是图17和图19不采用附加重置晶体管的变形例。
图24是示出图23的实施例的操作的时序图。
图25是描绘包括用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的多个阵列元件的图，其采用在扰动电压之前在感测阶段期间导通的p型传感器读出晶体管。
图26是示出图25的实施例的操作的时序图。
图27是描绘对多个阵列元件采用扰动和感测的示例性操作的图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的实施例，其中，相同的附图标记始终用于表示相同的元件。将理解的是，附图不一定按比例绘制。
本发明涉及am-ewod器件中的阵列元件电路的增强配置，其实现了提高阵列元件内的阻抗感测电路的灵敏度。通过增强对小电容变化(例如与油填充和气泡的存在相关联的电容)的敏感性可以改进感测电路的性能，或者感测电路可以适合于执行电子测量在其中可以容纳液滴的细胞间隙的高度以及其他应用。在根据本发明实施例的阵列元件电路中，电容的小变化可以被转换为来自传感器读出晶体管的更高的放大输出电流。
为了实现这种增强的灵敏度，施加预充电效应，由此改变被感测的阵列元件中的传感器读出晶体管以在感测阶段期间导通传感器读出晶体管。例如，可以在n型传感器读出晶体管的栅极和源极之间施加正预充电电压以导通传感器读出晶体管，或者可以在p型传感器读出晶体管的栅极和源极之间施加负电压以导通传感器读出晶体管。电压扰动通过感测电路耦合，其方式将取决于阵列元件上是否存在液滴或油而有所不同。电压扰动最终被耦合以扰动传感器读出晶体管的栅极处的电压。这种耦合通常是通过电容器进行的，但是耦合也可以通过电容器和与电容器串联的其他电路元件进行，例如处于导电状态的晶体管或任何其他导电的电路元件。由于在感测阶段期间施加预充电效应以导通传感器读出晶体管，因此，由于非常小的电容变化而导致的输出变化会导致对来自传感器读出晶体管的输出电流的较大影响，从而提供更灵敏的感测电路。一般而言，预充电效应操作以增加传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差的幅度，从而增加栅极处电压扰动对来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的影响。
因此，本发明的一个方面是一种具有增强的阵列元件电路的am-ewod器件，其在感测操作期间采用预充电操作，预充电操作结合施加扰动电压导通传感器读出晶体管，从而增加了扰动电压对用于感测的输出电流的影响。在示例性实施例中，am-ewod器件包括以行和列的阵列布置的多个阵列元件，每个阵列元件包括阵列元件电路、元件电极和参考电极。阵列元件电路包括配置为向元件电极和参考电极施加致动电压以致动阵列元件的致动电路，以及配置为感测阵列元件电极处的阻抗以确定阵列元件处的液滴、油或器件性质的阻抗传感器电路，该阻抗传感器电路包括传感器电容器和传感器读出晶体管，该传感器读出晶体管输出用于感测的输出电流。传感器电容器连接至传感器读出晶体管的栅极，使得在感测阶段期间，电压扰动通过传感器电容器耦合到传感器读出晶体管的栅极。阻抗传感器电路还包括预充电元件，该预充电元件在感测阶段期间结合电压扰动的耦合来操作以导通传感器读出晶体管，从而增加电压扰动对输出电流的影响。
在示例性实施例中，通过向传感器读出晶体管的栅极施加预充电电压以在施加扰动电压之前在感测阶段期间导通传感器读出晶体管来实现预充电效应。作为这样的实施例的示例，图9是描绘包括根据本发明的实施例的am-ewod器件的示例性阵列元件电路的多个阵列元件的图。图9的实施例提供了一种增强的电路配置，该电路配置改进了图6和图7所示的配置。图10是示出了图9的实施例的操作的时序图。图9描绘了公共列(n)中的一对阵列元件，包括位于相邻行(分别为行(n)和行(n 1))中的第一阵列元件100和第二阵列元件102。一般而言，图9的实施例是图6和7的电路配置的修改，其中重置晶体管t2连接至行寻址线(pc)和重置线rst，以便能够将预充电电压施加到传感器读出晶体管t3。
结合图10的时序图参考图9，编程和感测如下进行。类似于参考图6所描述的，用于阻抗感测的该基本电路具有三个薄膜晶体管(tftt1、t2和t3)和传感器电容器c2(在本实施例中，采用省略了与rws线连接的附加电容器c1的变形例)。rdrop和cdrop表示从参考(顶)电极tp到液滴可能位于其上的疏水涂层的整个器件的电阻和电容。下部器件组件(包括疏水涂层和并入该器件的任何其他绝缘体层)的电容由电容ci表示。rdrop和cdrop的值将取决于液滴的存在与否而变化，如上面关于图4a和4b所述。
将图9与图6的先前阵列设计进行比较，预充电效应是通过将行寻址线信号pc(pc表示如本文使用的“预充电”)代替常规电源线vcca来实现的，行寻址线信号pc被配置为与阵列中其他行的电位相比具有用于被感测的行的不同的电位。对于被感测的行，并且特别是仅对于被感测的行，传感器读出晶体管t3的栅极被pc预充电到导通传感器读出晶体管的状况，因此，与常规配置相比，传感器读出晶体管的栅极处相对较小的电压变化将在输出电流中产生较大的变化。当施加到重置晶体管t2的栅极的重置信号线rst保持高以导通重置晶体管时，从行寻址线pc输入的电压通过重置晶体管t2施加到传感器读出晶体管t3的栅极，其中pc从低电压切换到足以导通t3的电压。t3的栅极由pc电压有效地进行脉冲。当参考电极受到扰动时，这允许从感测电路产生更大的输出电流变化。未被感测的所有其他行上的传感器读出晶体管t3的栅极保持在一不同的低电位，使得未被感测的行中的传感器读出晶体管t3保持关断。这是通过使行寻址线pc在每隔一行上保持低并且将重置信号线rst保持为高来实现的，从而使t3的栅极保持在pc低电位。结果，通过输出列线的电流仅从被感测的行导出。
结合图10的时序图参考图9的电路配置，与图6的先前设计相似地进行编程和致动。为了简化图示，图9中的致动电路由存储器块表示。为了通过将电压数据写入到所述阵列元件来对给定阵列元件100或102进行编程，将要编程的致动电压加载到寻址线sl上，并且将脉冲施加到适合于被编程的行的栅极线gl，在此示例中，其是行(n)或行(n 1)。为了进行致动，施加选择sel来导通所选行中的t1，并将连接至电极的电路节点充电到编程电压。
为了执行对给定行的感测，例如在此示例中为行(n)，通过关断行(n)的t1，将sel(n)线取低以隔离致动电路。在重置步骤中，所述行的重置晶体管t2由重置信号rst(n)导通。因此，对于感测行，将预充电行寻址线pc(n)施加到传感器读出晶体管的栅极。为了进行感测，如时序图所示，信号pc(n)取高，特别是达到足以导通传感器读出晶体管t3的电压，因此传感器读出晶体管t3的栅极充电至pc(n)。再次，pc(n)足够高以导通t3，因此由于像素电压源vpix的施加，电流将流过t3，该电流取决于t3栅极处的电压。由于电容器c2也连接至t3的栅极，因此预充电电压pc(n)也被施加到电容器c2。然后，重置信号rst(n)取低，以将pc(n)与t3的栅极断开。电压存储在电容器c2上，使t3保持导通状态。预充电之后，阵列元件100的参考(顶)电极电位tp会被扰动到更高的电压。扰动通过行(n)的传感器电容器c2耦合到传感器读出晶体管t3的栅极，并且晶体管t3的栅极处电压变化改变了从像素电压源vpix产生的流经t3的电流。来自阵列元件100的所得到的电流通过t3并沿输出线col向下流，然后可以由列底部的列检测电路(未示出)感测到。施加到t3栅极的预充电效应操作以增加传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差，从而增加栅极处的小电压扰动对来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的影响。这在图10的时序图中特别示出。
在该示例中，独立于其他行来感测每一行。因此，如图10的时序图所示，在感测行(n)的同时，用于行(n 1)的选择线sel(n 1)保持高，使得致动电路保持电连接至阵列元件的元件(底)电极。另外，重置信号rst(n 1)保持为高，使得重置晶体管t2保持导通并将pc(n 1)信号施加到传感器读出晶体管t3的栅极。然而，预充电行寻址线pc(n 1)保持为低，以确保在感测行(n)的同时，行(n 1)的t3始终关断。
然后对行(n 1)重复感测操作，这是通过对行(n 1)的传感器读出晶体管进行预充电来执行的。因此，通过关断行(n 1)的t1，将sel(n 1)线取低以隔离致动电路。在重置步骤中，通过重置信号rst(n 1)使所述行的重置晶体管t2导通。因此，对于感测行，预充电行寻址线pc(n 1)被施加到传感器读出晶体管t3的栅极。特别地，信号pc(n 1)取高，并且特别地高到足以导通传感器读出晶体管t3的电压，因此传感器读出晶体管t3的栅极被充电到pc(n 1)。再次，pc(n 1)足够高以导通t3，因此由于像素电压源vpix的施加，电流将流过t3，该电流取决于t3栅极处的电压。由于电容器c2也连接至t3的栅极，因此预充电电压pc(n 1)也被施加到电容器c2。然后将重置信号rst(n 1)取低，以将pc(n 1)与t3的栅极断开。电压存储在电容器c2上，使t3保持导通状态。结合预充电，阵列元件102的参考电极电位tp会被扰动到更高的电压。扰动通过行(n 1)的传感器电容器c2耦合到传感器读出晶体管t3的栅极，并且晶体管t3栅极处的电压变化会改变从像素电压源vpix产生的流经t3的电流。来自阵列元件102的所得到的电流通过t3并沿输出线col向下流，然后可以由列底部的列检测电路(未示出)感测到。再次，施加到t3栅极的预充电效应操作以增加传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差，从而增加栅极处的小电压扰动对来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的影响。这也特别示出在图10的时序图中。
对于独立感测，在感测行(n 1)的同时，现在行(n)的选择线sel(n)保持高，使得致动电路保持电连接至阵列元件100的元件(底)电极。另外，行(n)的重置信号rst(n)保持高，使得重置晶体管t2保持导通，并将pc(n)信号施加到传感器读出晶体管t3的栅极。然而，预充电行寻址线pc(n)保持低，以确保在感测行(n 1)的同时，行(n)的t3始终关断。
从图10的时序图中可以看出，传感器读出晶体管t3的栅极处的电压电平，以及由此沿输出线col向下流的所得到的电流，取决于是否存在液滴，或者是否存在油。因此，对于每个阵列元件100和102，感测到液滴或油的存在与否。
另外，通过在感测阶段期间施加预充电操作以导通传感器读出晶体管t3并结合施加扰动电压来提高灵敏度。因此，本发明的电路配置相比常规配置的优点在于通过被感测的行的传感器读出晶体管的传感器输出对电极处的小电容变化高度敏感。提高灵敏度的应用包括检测ewod器件中是否存在油，这在填充器件和检测气泡时非常有用。其他用途包括检测疏水表面的电导率变化，例如由于污染生物分子吸附或电荷积累而可能发生的电导率变化。例如，可以很容易地检测到与油填充、气泡、表面污染等相关联的先前为5mv或更低的输出变化。小的电容变化通常可以与离子阻挡层故障相关联，因此给定器件层的性质可能在多个阵列元件之间不可接受地变化。电容的小变化也可用于检测其中输入液滴的细胞间隙的高度，这可以允许针对不同器件盒类型的校准操作。相关地，可以将驱动晶体管tft传递曲线作为校准操作的一部分进行测量。
在所有ewod器件应用中，尤其是在高温下，检测此类器件状况可以具有作为质量检查的价值。在反馈模式下，传感器读出晶体管的提高的灵敏度可以用于报告错误和/或实现校正动作。另外，可以响应于非典型的大输出信号来调整灵敏度以减小灵敏度。此类操作可以有助于区分较大的输出信号，否则这些信号可能会使输出完全饱和。
除了器件性质之外，感测由小电容变化引起的小电压输出变化，可以在某些液滴感测操作中使用。示例包括(但不限于)测量往往难以感应的低电导率液滴；感应合并的液滴；感测液滴何时接触以形成液滴界面双层(即，两个液滴之间共享的边界)；检测明显小于典型液滴的珠子或细胞，并因此倾向于产生较小的输出感测信号；以及检测与阵列元件(底)电极不接触的漂浮液滴。
可以采用图9的配置的变形例，以提供预充电以及相关联的致动和感测操作的不同方式。例如，图11是描绘根据本发明实施例的包括用于am-ewod器件的另一示例性阵列元件电路的多个阵列元件104和106的图。图12是示出图11的实施例的操作的时序图。该实施例更精确地类似于图6的电路配置，因为附加的存储电容器c1被用作阵列元件电路的组件。
结合图12的时序图参考图11的电路配置，以通过向所述阵列元件写入电压数据来对阵列元件进行编程，与在图6的电路配置中相比，要编程的电压被加载到寻址线sl，并向适合于被编程的行的栅极线gl施加脉冲。这导通驱动晶体管t1，并且连接至电极的电路节点被充电至编程电压。当gl取低时，该电压被保留，存储在存储电容器c1中。一般而言，c1比第二电容器或传感器电容器c2大至少大约一个数量级。
然后，以与图9的电路配置同等地进行感测。要执行给定行的感测，例如本示例中的行(n)，将sl和gl线取低，以通过关断行(n)的t1来隔离致动电路。在重置步骤中，所述行的重置晶体管t2由重置信号rst(n)导通。因此，对于感测行，预充电行寻址线pc(n)被施加到传感器读出晶体管t3的栅极。为了进行感测，如时序图所示，信号pc(n)取高，特别是达到足以导通传感器渎出晶体管t3的电压，因此传感器读出晶体管t3的栅极充电至pc(n)。再次，pc(n)足够高以导通t3，因此由于像素电压源vpix的施加，电流将流过t3，该电流取决于t3栅极处的电压。由于电容器c2也连接至t3的栅极，因此预充电电压pc(n)也被施加到电容器c2。然后，将重置信号rst(n)取低，以将pc(n)与t3的栅极断开。电压存储在电容器c2上，使t3保持导通状态。预充电后，阵列元件104的参考(顶)电极电位tp被扰动到更高的电压。扰动通过行(n)的传感器电容器c2耦合到传感器读出晶体管t3的栅极，并且晶体管t3栅极处的电压变化改变了从像素电压源vpix产生的流经t3的电流。来自阵列元件104的所得到的电流通过t3并沿输出线col向下流，然后可以由列底部的列检测电路(未示出)感测到。施加到t3栅极的预充电效应操作以增加传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差，从而增加栅极处的电压扰动对来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的影响。
在该示例中，再次独立于其他行来感测每一行。因此，在感测行(n)的同时，与行(n 1)相对应的阵列元件被保持在非感测状态。重置晶体管t2保持导通，并将行(n 1)的pc信号施加到传感器读出晶体管t3的栅极。然而，预充电行寻址线pc(n 1)保持为低，以确保在感测行(n)的同时，行(n 1)的t3始终关断。
然后对行(n 1)重复感测操作，这是通过对行(n 1)的传感器读出晶体管进行预充电来执行的。因此，sl和gl线被取低以通过关断行(n 1)的t1来隔离致动电路。在重置步骤中，通过重置信号rst(n 1)使所述行的重置晶体管t2导通。因此，对于感测行，预充电行寻址线pc(n 1)被施加到传感器读出晶体管t3的栅极。特别地，信号pc(n 1)取高，并且特别地，高到足以导通传感器读出晶体管t3的电压，因此传感器读出晶体管t3的栅极被充电到pc(n 1)。再次，pc(n 1)足够高以导通t3，因此由于像素电压源vpix的施加，电流将流过t3，该电流取决于t3栅极处的电压。由于电容器c2也连接至t3的栅极，因此预充电电压pc(n 1)也被施加到电容器c2。然后将重置信号rst(n 1)取低，以将pc(n 1)与t3的栅极断开。电压存储在电容器c2上，使t3保持导通状态。预充电之后，阵列元件106的参考电极电位tp被扰动到更高的电压。扰动通过行(n 1)的传感器电容器c2耦合到传感器读出晶体管t3的栅极，并且晶体管t3栅极处的电压变化改变从像素电压源vpix产生的流经t3的电流。来自阵列元件106的所得到的电流通过t3并沿输出线col向下流，然后可以由列底部的列检测电路(未示出)感测到。再次，施加到t3栅极的预充电效应操作以增加传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差，从而增加栅极处的电压扰动对来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的影响。
在该示例中，再次独立于其他行来感测每一行。因此，在感测行(n 1)的同时，与行(n)相对应的阵列元件保持在非感测状态。重置晶体管t2保持导通，并将pc(n)信号施加到传感器读出晶体管t3的栅极。然而，预充电行寻址线pc(n)保持低，以确保在感测行(n 1)时，行(n)的t3始终关断。
从图12的时序图中可以看出，传感器读出晶体管t3的栅极处的电压电平，以及因此沿输出线col向下流的所得到的电流，取决于是否存在液滴或油。因此，对于每个阵列元件104和106，感测液滴或油的存在与否。另外，通过在施加扰动电压之前在感测阶段期间施加用于导通传感器读出晶体管t3的预充电操作来提高灵敏度，这具有上述优于常规配置的众多优点。
所描述的对集成阻抗传感器电路的修改可以与任何合适的致动电路相结合，在该修改中，传感器读出晶体管通过施加预充电电压pc结合施加扰动电压而被预充电。例如，图13是描绘了包括用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的多个阵列元件108和110的图，该阵列元件电路提供相对于比图7所示的配置改进的增强电路配置。图14是示出图13的实施例的操作的时序图。因此，图13还描绘了一对阵列元件，包括位于相邻行(分别为行(n)和行(n 1))中的列(n)中的第一阵列元件108和第二阵列元件110。一般而言，图13的实施例是图7的电路配置的修改，其中传感器读出晶体管t3通过重置晶体管t2施加预充电电压pc而被预充电。
因为带有预充电传感器读出晶体管的阻抗传感器电路与图9和11是可比较的，所以感测操作大体相同，由于致动电路的配置不同，操作上的差异主要在编程和致动阶段。在上面引用的包括5个晶体管2个电容器配置的申请人共同转让的us2017/0076676中描述了，并且在图14的时序图中示出了这种电路配置的致动和编程。通过将电压数据写入所述阵列元件对给定阵列元件108或110进行编程，将电压加载到寻址线sl上，并且将脉冲施加到适合于被编程的行的栅极线gl，在该示例中，该行是行(n)或行(n 1)。这导通所选行中的t4，并且将连接至电极的电路节点充电到sl线上的电压脉冲。当gl取低时，该电压被保留并存储在附加电容器c3中。通过这种布置，c3上存储的电压确定晶体管t5是否导通，并且附加选择线sel操作以导通驱动晶体管t1以进行致动。在t5和t1二者都导通的情况下，电极元件连接至期望的致动电压act。如时序图所示，此布置特别适用于ac致动电压，因为sl电压仅仅是开关脉冲，并且可以沿单独的线act施加附加的ac致动电压。
为了感测给定行，针对该行将选择线sel取低以关断t1。这在感测时段期间将相应的阵列元件与致动电压隔离。然后在其他方面如先前实施例中那样进行感测。为了对行(n)执行感测，在重置步骤中，通过重置信号rst(n)将所述行的重置晶体管t2导通。施加预充电行寻址线pc(n)以使传感器读出晶体管的栅极达到足以导通传感器读出晶体管t3的电压，因此传感器读出晶体管t3的栅极充电至pc(n)。然后，将重置信号rst(n)取低，以将pc(n)与t3的栅极断开。电压存储在电容器c2上，使t3保持导通状态。预充电之后，阵列元件108的参考电极电位tp被扰动到更高的电压，该电压通过行(n)的传感器电容器c2耦合到传感器读出晶体管t3的栅极。来自阵列元件108的所得到的电流通过t3并沿输出线col向下流，然后可以由列底部的列检测电路(未示出)感测到。如在先前的示例中一样，再次独立于其他行来感测每一行。因此，在感测行(n)的同时，与行(n 1)相对应的阵列元件被保持在非感测状态。行(n 1)上的重置晶体管t2保持导通状态，并将pc(n 1)信号施加到传感器读出晶体管t3的栅极。但是，预充电行寻址线pc(n 1)保持低，以确保在感测行(n)同时，行(n 1)的t3始终关断，并且通过col线的任何电流仅是行(n)上像素的结果。
然后针对行(n 1)重复感测操作，以产生从阵列元件110到输出线col的输出电流。从图14的时序图中可以看出，传感器读出晶体管t3的栅极处的电压电平，以及由此沿输出线col向下流的所得到的电流，取决于给定的阵列元件是否存在液滴或油。在施加扰动电压之前，施加到t3的栅极的预充电效应操作以增加传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差，从而增加了栅极处的电压扰动对来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的影响。
作为将具有预充电的传感器读出晶体管的阻抗传感器电路与不同的致动电路相结合的另一示例，图15是描绘包括用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的多个阵列元件的图，其提供了与图8所示的配置相比改进的增强电路配置。图16是示出图15的实施例的操作的时序图。因此，图15还描绘了列(n)中的一对阵列元件，包括位于相邻行(分别为行(n)和行(n 1))中的第一阵列元件112和第二阵列元件114。一般而言，图15的实施例是图8的电路配置的修改，其中传感器读出晶体管t3通过经由重置晶体管t2施加预充电电压pc而被预充电。
因为图15的阻抗传感器电路与图9、11和13的阻抗传感器电路可比较，所以感测操作在很大程度上是相同的，由于致动电路的不同配置，操作差异主要在编程和致动阶段。在上面引用并结合图8描述的申请人共同转让的us8,173,000中描述了并且在图16的时序图中示出了这种电路配置的致动和编程。通过向所述阵列元件写入电压数据来对给定的阵列元件112或114进行编程，将电压脉冲施加到寻址线sl上，并且将脉冲施加到适合于被编程的行的栅极线gl，在该示例中该行是行(n)或行(n 1)。这在选定的行中导通t4，并且连接至电极的电路节点被充电到sl脉冲电压。线gl还连接至p型晶体管t5，以控制电流通过或跨越反相器i1和i2的流动，并且与模拟开关s1和s2结合操作以向晶体管t1施加致动电压act或actb。选择线sel进行操作以导通t1以通过由致动电路输出的act或actb进行致动。利用这种配置，可以提供更多组的致动电压，这可能更适合于某些应用。
与先前实施例中类似，为了感测给定行，选择线sel取低以使该行关断t1。这在感测时段期间将相应的阵列元件与致动电压隔离。然后在其他方面如先前实施例中那样进行感测。为了对行(n)执行感测，在重置步骤中，通过重置信号rst(n)将所述行的重置晶体管t2导通。预充电行寻址线pc(n)被施加到传感器读出晶体管的栅极到足以导通传感器读出晶体管t3的电压，因此传感器读出晶体管t3的栅极被充电到pc(n)。然后，将重置信号rst(n)取低，以将pc(n)与t3的栅极断开。电压存储在电容器c2上，使t3保持导通状态。在预充电之后，阵列元件112的参考电极电位tp被扰动到更高的电压，该电压通过行(n)的传感器电容器c2耦合到传感器读出晶体管t3的栅极。来自阵列元件112的所得到的电流通过t3并沿输出线col向下流，然后可以由列底部的列检测电路(未示出)感测到。如在先前的示例中一样，再次独立于其他行来感测每一行。因此，在感测行(n)的同时，与行(n 1)相对应的阵列元件被保持在非感测状态。行(n 1)上的重置晶体管t2保持导通，并将pc(n 1)信号施加到传感器读出晶体管t3的栅极。但是，预充电行寻址线pc(n 1)保持低，以确保在感测行(n)的同时行(n 1)的t3始终关断，并且通过col线的任何电流仅是行(n)上像素的结果。
然后针对行(n 1)重复感测操作，以产生从阵列元件114到输出线col的输出电流。如图16的时序图所示，传感器读出晶体管t3的栅极处的电压电平，以及由此沿输出线col向下流的所得到的电流，取决于给定的阵列元件是否存在液滴或油。施加到t3的栅极的预充电效应还与施加扰动电压结合，操作以增加传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差，从而增加栅极处的电压扰动对来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的影响。
在先前的实施例中，通过通过重置晶体管t2施加所述预充电电压来实现施加到传感器读出晶体管t3的栅极的预充电电压。在下面描述的后续实施例中，示出了与施加扰动电压结合地施加预充电效应以导通传感器读出晶体管的备选方法。作为一个这样的示例，图17是描绘包括用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的多个阵列元件的图，其中，在阵列元件电路中并入了用于对传感器读出晶体管进行预充电的升压电容器。图18是示出图17的实施例的操作的时序图。图17描绘了包括位于相邻行(分别为行(n)和行(n 1))中的第一阵列元件116和第二阵列元件118的列(n)中的一对阵列元件。一般而言，图17的实施例是对图6和7的电路配置的修改，但是在传感器读出晶体管t3的三个端子中的两个端子、栅极和漏极(其也连接至像素电压源vpix)之间还连接了附加的升压电容器c3。最后的晶体管端子(即源极)连接至col输出。
结合图18的时序图，参考图17的电路配置，与图6的先前设计同等地发生编程和致动。为了简化图示，图17中的致动电路由存储器块表示。为了通过将电压数据写入到所述阵列元件来对给定阵列元件116或118进行编程，将要编程的致动电压加载到寻址线sl上，并且将脉冲施加到适合于被编程的行的栅极线gl，在此示例中，为行(n)或行(n 1)。为了致动，施加选择信号sel以导通所选行中的t1，并且将连接至电极的电路节点充电至编程电压。
为了执行对给定行的感测，比如在此示例中为行(n)，通过针对行(n)关断t1，将sel(n)线取低以隔离致动电路。在重置步骤中，通过重置信号rst(n)使所述行的重置晶体管t2导通，并且将vcca施加到t3的栅极以消除前一帧的影响。对于感测行，晶体管t3的栅极处的电容器c2充电至vcca电位，并且rst(n)取低以使该节点不受驱动。然后，通过在重置操作后将vpix偏移至更高的电压来执行预充电，预充电通过连接在vpix(也是t3的漏极)和t3的栅极之间的升压电容器c3进行耦合。为了对t3进行适当的预充电，将vpix电压偏移具体选择为足以导通传感器读出晶体管t3的电压，因此传感器读出晶体管t3的栅极变化与vpix相同的电压偏移。由于电容器c2也连接至t3的栅极，所以t3的栅极电压也被施加到电容器c2。然后，vpix保持在新的偏移电压处，以使t3的栅极保持在新的更高电压处，并使t3保持导通。预充电之后，阵列元件116的参考(顶)电极电位tp被扰动到更高的电压。扰动通过行(n)的传感器电容器c2耦合到传感器读出晶体管t3的栅极，并且晶体管t3的栅极处的电压变化改变了从像素电压源vpix产生的流经t3的电流。来自阵列元件116的所得到的电流通过t3并沿输出线col向下流，然后可以由列底部的列检测电路(未示出)感测到。如在先前的实施例中一样，这次通过升压电容器c3施加到t3的栅极的预充电效操作以增加传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差，从而增加了栅极处的电压扰动对来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的影响。
在该示例中，独立于其他行来感测每一行。因此，如图18的时序图所示，在感测行(n)的同时，用于行(n 1)的选择线sel(n 1)保持高，使得致动电路保持电连接至阵列元件的元件(底)电极。另外，rst(n 1)信号始终保持高，从而在整个行(n)的感测时段，行(n 1)上的晶体管t3的栅极保持在vcca电位。这防止了从除行(n)上以外的与其相连的任何其他像素耦合到输出线col的任何事物。
然后对行(n 1)重复感测操作，这是通过经由该行的升压电容器c3对行(n 1)的传感器读出晶体管进行预充电来执行的。因此，通过关断行(n 1)的t1，将sel(n 1)线取低以隔离致动电路。在重置步骤中，通过重置信号rst(n 1)使所述行的重置晶体管t2导通，并且施加重置电压vcca以重置t3的栅极处的电压。对于感测行，晶体管t3的栅极处的电容器c2充电至vcca电位，并且rst(n 1)取低以使该节点不受驱动。然后，将vpix电压偏移施加到传感器读出晶体管t3的栅极，以通过该行的升压电容器c3对t3的栅极进行预充电。特别地，通过升压电容器c3耦合的vpix电压偏移具体地被偏移了足以导通传感器读出晶体管t3的电压，因此传感器读出晶体管t3的栅极被上移了与vpix相同的量。再次，由于施加像素电压源vpix电压偏移，电流将流过t3，该电流取决于t3的栅极处的电压。由于电容器c2也连接至t3的栅极，所以t3的栅极电压也被施加到电容器c2。预充电之后，阵列元件118的参考电极电位tp被扰动到更高的电压。扰动通过行(n 1)的传感器电容器c2耦合到传感器读出晶体管t3的栅极，并且晶体管t3栅极处的电压变化改变从像素电压源vpix电压偏移产生的流经t3的电流。来自阵列元件118的所得到的电流通过t3并沿输出线col向下流，然后可以由列底部的列检测电路(未示出)感测到。再次，通过升压电容器c3施加到t3的栅极的预充电效应操作以增加传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差，从而增加栅极处的电压扰动对来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的影响。为了有效地感测，在感测行(n 1)的同时，现在行(n)的选择线sel(n)保持高，使得致动电路保持电连接至阵列元件116的元件(底)电极。另外，rst(n)信号始终保持高，从而在行(n 1)的整个感测时段中，行(n)上的晶体管t3的栅极保持在vcca电位。这样可以防止从除行(n 1)上以外的与其相连的任何其他像素耦合到输出线col的任何事物。
从图18的时序图中可以看出，传感器读出晶体管t3的栅极处的电压电平，以及由此沿输出线col向下流的所得到的电流，取决于是否存在液滴或油。因此，对于每个阵列元件116和118，感测到液滴或油的存在与否。另外，通过在施加扰动电压之前通过升压电容器c3施加到传感器读出晶体管t3的栅极的预充电操作来提高灵敏度，这具有与常规配置相比上述的许多优点。
图19是描绘图17的电路的变形例的图，其还在阵列元件116a和118a中采用升压电容器c3，电容器c3并入阵列元件电路中以对传感器读出晶体管t3进行预充电。图20是示出图19的实施例的操作的时序图。在该变形例中，升压电容器c3不连接至vpix，而是连接至单独的预充电电压pc。代替使用信号vpix对t3的栅极进行预充电，该信号pc在重置操作之后上移，该信号通过连接在pc和t3的栅极之间的升压电容器c3耦合。这具有以下效果：将t3导通至合适的量，从而由于通过c2耦合到t3的栅极的扰动电压而导致的栅极电压的小变化导致来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的较大变化。在其他相关方面，图19的配置在其他方面与图17的电路配置同等地操作。
图19中的电路还可以以不同的方式操作，通过该方式在扰动电压之前不发生预充电操作。预充电操作也可以与扰动电压同时发生。预充电电压也可以在扰动电压已经开始之后开始。在这两种情况下，电压扰动对传感器读出晶体管的输出电流的影响都会增加。图21是示出当预充电操作和扰动电压同时发生时图19中的电路的操作的时序图。预充电信号pc上的电压偏移通过升压电容器c3耦合到t3的栅极，这使t3导通合适的量，使得由于同时通过c2耦合的扰动电压，栅极电压的任何细微变化都会导致所得到的输出电流的较大变化。这些事件同时发生不会改变它们如何影响t3的输出电流。
图22是示出当在扰动电压开始之后发生预充电操作时图19中的电路的操作的时序图。如果由于扰动电压引起的小电压变化通过c2耦合到t3的栅极，则之后可能会执行附加的预充电步骤，该预充电通过升压电容器c3耦合到t3的栅极。这将使t3导通合适的量，使得从扰动电压来看，栅极电压的微小变化体现在到col线上的所得到的输出电流的较大变化中。预充电事件在扰动电压开始之后发生的事实不会改变来自t3的输出电流如何受到预充电操作的影响。
图23是描绘图17和19的电路的变形例的图，其还采用了升压电容器c3，该升压电容器c3被并入阵列元件电路中以对传感器读出晶体管t3进行预充电。图24是示出图23的实施例的操作的时序图。在该变形例中，在阵列元件116b和118b中省略了重置晶体管t2。本质上，如时序图所示，vpix电压偏移是在感测阶段开始时施加的，因此操作以选择要感测的行(先前由重置操作满足的功能)，并将预充电电压施加到传感器读出晶体管t3的栅极。在该变形例中，在不存在重置晶体管的情况下，还采用预充电操作来选择要感测的适当行。因此，通过电容器c3施加vpix脉冲只会在给定行的感测时段开始时增加t3的栅极处的电压，仅增加该行上阵列元件电路的栅极和源极之间的电压，并导致电流从vpix流到col线。一旦执行了此操作，就可以施加tp脉冲以执行实际的感测操作，这只会从所选行上的t3晶体管产生大量输出，其中传感器读出晶体管t3的栅极-源极电压升高，从而导通t3并增加栅极电压变化对输出电流的影响。对于所有其他行，t3晶体管的栅极-源极电压不变，因此不会导通，也不会影响col线上的电流。在相关方面，图23的配置在其他方面与图17和19的电路配置同等地操作。
在以上实施例中，没有驱动每个传感器读出晶体管的栅极，因此可能不知道t3的状态。相对于本文描述的其他实施例，关于图23描述的实施例可能无法高效地执行。然而，由图23的电路配置代表的实施例确实代表了可行的电路配置。
作为施加预充电效应的变形例的另一示例，图25是描绘包括用于am-ewod器件的示例性阵列元件电路的多个阵列元件的图，其中采用p型传感器读出晶体管t3以允许发生预充电效应，通过预充电效应在施加扰动电压之前在感测阶段期间将t3导通。图26是示出图25的实施例的操作的时序图。图25描绘了包括分别位于相邻行(分别为行(n)和行(n 1))中的第一阵列元件120和第二阵列元件122的列(n)中的一对阵列元件。一般而言，图25的实施例也是图6和7的电路配置的修改，但是通过使用p型传感器读出晶体管t3允许发生预充电效应，通过预充电效应在施加扰动电压之前，在感测阶段期间t3导通。
结合图26的时序图参考图25的电路配置，与图6的先前设计同等地发生编程和致动。为了简化图示，图25中的致动电路由存储器块表示。为了通过将电压数据写入到所述阵列元件来对给定阵列元件120或122进行编程，将要编程的致动电压加载到寻址线sl上，并且将脉冲施加到适合于被编程的行的栅极线gl，在此示例中，其是行(n)或行(n 1)。为了致动，施加选择信号sel以导通所选行中的t1，并且将连接至电极的电路节点充电至编程电压。
为了执行对给定行的感测，例如在此示例中为行(n)，通过关断行(n)的t1，将sel(n)线取低以隔离致动电路。在重置步骤中，通过重置信号rst(n)使所述行的重置晶体管t2导通，并且将vcca施加到t3的栅极以消除前一帧的影响。重置电压vcca应具有相对于标准vpix电压的幅度，以确保t3关断。感测行上的t3的预充电通过以下来执行：首先将rst(n)信号取低以将t3的栅极与vcca解耦，然后将连接至t3的源极的vpix(n)电压偏移以导通p型传感器读出晶体管t3以修改流经t3的电流并增加栅极电压和源极电压之间的差值的幅度。本质上，施加vpix(n)以便导通t3，以便放大t3栅极处的小电压扰动的影响。预充电后，阵列元件120的参考(顶)电极电位tp被扰动到更高的电压。扰动通过行(n)的传感器电容器c2耦合到传感器读出晶体管t3的栅极，并且晶体管t3的栅极处的电压变化改变了从像素电压源vpix(n)产生的流经t3的电流。来自阵列元件120的所得到的电流通过t3并沿输出线col向下流，然后可以由列底部的列检测电路(未示出)感测到。在这种情况下，如果存在液滴或油，则输出电流将减小，因为t3栅极处的较高电压将通过使栅极和源极电压靠得更近而导致关断晶体管。与之前的实施例一样，这次，通过调整vpix(n)导通p型t3，施加到t3的预充电效应操作以增加传感器读出晶体管的栅极和源极之间电位差的幅度，从而增加栅极处的电压扰动对来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的影响。
在该示例中，再次独立于其他行来感测每一行。因此，如图26的时序图所示，在感测行(n)的同时，行(n 1)的选择线sel(n 1)保持高，使得致动电路保持电连接至阵列元件的元件(底)电极。另外，行(n 1)的重置线rst(n 1)始终保持高，从而在整个行(n)的感测时段中，晶体管t3的栅极保持在vcca电位处。这防止了从除行(n)上以外的与其相连的任何其他像素耦合到输出线col的任何事物。vpix(n 1)信号保持在其正常电位，并且不像vpix(n)那样脉冲化，使得行(n 1)上的t3不会被导通并且不会影响通过col的电流。
然后，对行(n 1)重复感测操作，这是通过在施加扰动电压对其进行预充电之前重置行(n 1)的传感器读出晶体管栅极电压来执行的。因此，通过关断行(n 1)的t1，将sel(n 1)线取低以隔离致动电路。在重置步骤中，通过重置信号rst(n 1)使所述行的重置晶体管t2导通，并且施加重置电压vcca以重置t3的栅极处的电压。重置电压vcca应具有相对于标准vpix(n 1)电压的幅度，以确保t3关断。通过首先将rst(n 1)信号取低以使t3的栅极与vcca解耦，可以对感测行上的t3执行预充电。然后将vpix(n 1)电压偏移施加到传感器读出晶体管t3的源极，以通过相对于t3处的栅极电压增加源极电压来有效地导通t3。再次，由于施加像素电压源vpix(n 1)，电流将流过t3，该电流取决于t3的源极和栅极两端的电压。预充电之后，阵列元件122的参考电极电位tp被扰动到更高的电压。扰动通过行(n 1)的传感器电容器c2耦合到传感器读出晶体管t3的栅极，并且晶体管t3的栅极处的电压变化改变从像素电压源vpix(n 1)产生的流经t3的电流。来自阵列元件122的所得到的电流通过t3并沿输出线col向下流，然后可以由列底部的列检测电路(未示出)感测到。再次，通过导通p型t3并通过调整vpix(n 1)来调整流经t3的电流，施加到t3的预充电效应操作以增加栅极上电压扰动对来自传感器读出晶体管的所得到的输出电流的影响。对于独立感测，在感测行(n 1)的同时，现在行(n)的选择线sel(n)保持高电平，使得致动电路仍电连接至阵列的元件(底)电极。另外，rst(n)信号始终保持高，使得在整个行(n 1)的感测时段中将晶体管t3的栅极保持在vcca电位，以防止从除行(n 1)以外的与其相连的任何其他像素耦合到输出线col的任何事物。vpix(n)信号保持在其正常电位，并且不像vpix(n 1)那样进行脉冲，使得行(n)上的t3不被“导通”并且不影响通过col的电流。
从图26的时序图中可以看出，传感器读出晶体管t3的栅极处的电压电平，以及由此沿输出线col向下流的所得到的电流，取决于是否存在液滴或油。因此，对于每个阵列元件120和122，感测到液滴或油的存在与否。另外，通过在感测阶段期间调整vpix，通过施加到p型传感器读出晶体管t3的预充电操作来提高灵敏度，与常规配置相比，其具有上述许多优点。
在以上示例中，通过扰动参考电极(顶电极tp)来施加用于感测的扰动。更一般地，扰动电压可以从被感测的阵列元件外部的任何合适的电压源提供。例如，另一种方法可以采用通过相邻阵列元件的电极施加电压脉冲。这种方法具有同等的效果，但是与靠近器件底面的器件性质之间存在更牢固的联系，与在不同平面中使用tp电极(例如顶电极)并将这种扰动通过器件层耦合到元件(底)电极相比，通过扰动相邻阵列元件的平面内电极更好地检测到器件性质。这种方法可以增强对在局部附近的液滴存在的感测。
扰动相邻阵列元件的电极的方法可以扩展为扰动和感测电极组。结果是增加了耦合电容的大小以生成更大的信号。相关地，可以通过多个传感器读出晶体管的组合输出来实现较大的输出，并且当较大的感测输出进来时，这允许该器件导通较少。可以采用感测和扰动多个阵列元件的各种组合来生成更大的感测输出。示例包括(但不限于)：以跨越多个元件的公共tp扰动感测多个阵列元件；利用来自相邻阵列元件的单个tp扰动来感测多个阵列元件；利用来自多个元件的多个tp扰动信号来感测多个阵列元件；利用来自多个相邻元件的多个tp扰动信号来感测单个阵列元件；以及在被感测的阵列元件的不同侧或同一侧上扰动多个阵列元件，或顺序地在不同侧上扰动多个阵列元件，以便在液滴布局上提供附加的位置信息。
例如，图27是描绘示例性操作的图，该示例性操作采用对元件阵列200中的多个阵列元件进行扰动和感测。在该示例中，对2×2阵列元件的第一组202进行扰动，并且从被感测的2×2阵列元件的第二相邻组204中读取结果输出信号。相对于液滴206描绘了两个阵列元件组。应当理解，在扰动组和感测组中可以包括任何合适数量的阵列元件，并且在两组中阵列元件的数量可以相同或不同。输出信号由读出电路208读取，该读出电路可切换以读取期望的输出信号。在这样的实施例中，增加被扰动和/或读出的阵列元件的数量增加了耦合电容，以产生更大的输出信号。如上所述，可以采用不同的扰动和感测阵列元件组合。进一步结合阵列元件电路的增加的灵敏度，通过在施加扰动电压之前导通每个被感测的阵列元件的传感器读出晶体管，实现了高效且准确的感测操作。
尽管已经关于一个或多个特定实施例示出和描述了本发明，但是本领域的其他技术人员在阅读和理解本说明书和附图之后可以想到等效的改变和修改。特别地，关于由上述元件(部件、组件、器件、组合物等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述此类元件的术语(包括对“器件”的引用)旨在对应于执行所描述元件指定功能的任何元件(即，功能上等效的)，即使在结构上不等同于在本文的一个或多个示例性实施例中执行功能的所公开的结构。另外，尽管以上可能仅针对几个实施例中的一个或多个描述了本发明的特定特征，但是对于任何给定的或特定的应用，这种特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征相结合。
工业适用性
所描述的实施例可以用于提供增强的am-ewod器件。am-ewod器件可以构成片上实验室系统的一部分。这样的器件可以用于生化或生理材料的光学检测，例如用于细胞检测和细胞计数。应用包括医疗保健诊断测试、材料测试、化学或生化材料合成、蛋白质组学、生命科学和法医学研究工具。
附图标记列表：
32-读取器，
34-仓盒，
35-外部传感器模块，
36-am-ewod器件，
38-控制电子器件，
40-存储设备，
44-下基板组件，
46-薄膜电子器件，
48-阵列元件电极，
48a-阵列元件电极，
48b-阵列元件电极，
50-二维元件阵列，
51-阵列元件，
52-液滴，
54-上基板，
56-间隔物，
58-参考电极，
60-非极性流体，
62-绝缘体层，
64-第一疏水涂层，
66-接触角，
68-第二疏水涂层，
70a-有液滴存在的电负载，
70b-无液滴存在的电负载，
72-阵列元件电路，
74-集成行驱动器，
76-列驱动器，
78-集成传感器行寻址，
80-列检测电路，
82-串行接口，
84-电压源接口，
86-连接线，
100-第一阵列元件，
102-第二阵列元件，
104-第一阵列元件，
106-第二阵列元件，
108-第一阵列元件，
110-第二阵列元件，
112-第一阵列元件，
114-第二阵列元件，
116-第一阵列元件，
116a-第一阵列元件，
116b-第一阵列元件，
118-第二阵列元件，
118a-第二阵列元件，
18b-第二阵列元件，
120-第一阵列元件，
122-第二阵列元件，
200-元件阵列，
202-阵列元件的第一组，
204-阵列元件的第二组，
206-液滴，
208-读出电路。
1.一种电介质上有源矩阵电润湿am-ewod器件，包括：
以行和列的阵列布置的多个阵列元件，每个阵列元件包括阵列元件电路、元件电极和参考电极；
其中所述阵列元件电路包括：
致动电路，配置为向所述元件电极和参考电极施加致动电压以致动所述阵列元件；以及
阻抗传感器电路，配置为感测阵列元件电极处的阻抗以确定所述阵列元件处的液滴或器件性质，所述阻抗传感器电路包括传感器电容器和输出用于感测的输出电流的传感器读出晶体管；
并且其中：
所述传感器电容器电连接至所述传感器读出晶体管的栅极，使得在感测阶段期间，电压扰动通过所述传感器电容器耦合到所述传感器读出晶体管的栅极；以及
所述阻抗传感器电路还包括预充电元件，所述预充电元件操作以在感测阶段期间导通所述传感器读出晶体管，从而增加所述电压扰动对所述输出电流的影响。
2.根据权利要求1所述的am-ewod器件，其中所述阻抗传感器电路的所述预充电元件包括重置晶体管，所述重置晶体管连接在所述传感器读出晶体管的栅极和预充电电压寻址线之间，并且在所述感测阶段期间，所述重置晶体管被导通以将预充电电压施加到所述传感器读出晶体管的所述栅极，所述预充电电压的幅度足以导通所述传感器读出晶体管。
3.根据权利要求2所述的am-ewod器件，其中在耦合所述电压扰动之前，将所述重置晶体管导通以将所述预充电电压施加到所述传感器读出晶体管的所述栅极。
4.根据权利要求1所述的am-ewod器件，其中所述阻抗传感器电路的所述预充电元件包括升压电容器，所述升压电容器连接在所述传感器读出晶体管的所述栅极与电压源输入之间，并且在所述感测阶段期间，所述电压源输入通过所述升压电容器向所述传感器读出晶体管的所述栅极提供预充电电压，所述预充电电压的幅度足以导通所述传感器读出晶体管。
5.根据权利要求4所述的am-ewod器件，其中所述阻抗传感器电路还包括重置晶体管，所述重置晶体管被配置为在从所述电压源输入施加所述预充电电压之前，重置所述传感器读出晶体管的栅极处的电压。
6.根据权利要求4或5所述的am-ewod器件，其中到所述升压电容器的所述电压源输入还连接至所述传感器读出晶体管的不同端子。
7.根据权利要求1所述的am-ewod器件，其中：
所述阻抗传感器电路的所述预充电元件包括p型传感器读出晶体管和连接在所述p型传感器读出晶体管的栅极与重置电压寻址线之间的重置晶体管；
在耦合所述电压扰动之前，将所述重置晶体管导通以向所述p型传感器读出晶体管的所述栅极施加重置电压，所述重置电压的幅度被选择为使所述p型传感器读出晶体管关断；以及
所述p型传感器读出晶体管的源极连接至电压输入电源线，并且调整从所述电压输入电源线施加的电压以增大所述p型传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差的幅度，从而导通所述传感器读出晶体管。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的am-ewod器件，其中每个阵列元件的所述阻抗传感器电路还包括与所述传感器读出晶体管的所述栅极相对地连接至所述传感器电容器的存储电容器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的am-ewod器件，其中每个阵列元件的所述致动电路将输入致动电压耦合到所述元件电极。
10.根据权利要求9所述的am-ewod器件，其中所述输入致动电压是ac电压。
11.根据权利要求9所述的am-ewod器件，其中所述输入致动电压是dc电压。
12.一种电介质上有源矩阵电润湿am-ewod器件的操作方法，所述方法包括以下步骤：
在行和列的阵列中布置多个阵列元件，每个阵列元件包括阵列元件电路、元件电极和参考电极；
其中每个阵列元件的阵列元件电路包括：致动电路，配置为向所述元件电极和参考电极施加致动电压以致动所述阵列元件；阻抗传感器电路，配置为感测阵列元件电极处的阻抗以确定所述阵列元件处的液滴或器件性质，所述阻抗传感器电路包括传感器电容器和输出用于感测的输出电流的传感器读出晶体管；以及
通过以下步骤对被感测的阵列元件执行感测操作：
对所述被感测的阵列元件执行预充电操作，所述预充电操作增加所述被感测的阵列元件的所述传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差的幅度，使之足以导通所述被感测的阵列元件的所述传感器读出晶体管；
扰动施加到所述被感测的阵列元件的电压，并且将经扰动的电压通过所述传感器电容器耦合到所述被感测的阵列元件的所述传感器读出晶体管的所述栅极；以及
测量来自所述被感测的阵列元件的所述传感器读出晶体管的输出电流，以测量所述被感测的阵列元件处的器件或液滴性质。
13.根据权利要求12所述的操作方法，其中每个阵列元件的所述阻抗传感器电路包括重置晶体管，所述重置晶体管连接在所述传感器读出晶体管的所述栅极与预充电电压寻址线之间；以及
其中对所述被感测的阵列元件的所述预充电操作包括：施加重置信号以导通所述被感测的阵列元件的所述重置晶体管；以及将来自所述预充电电压寻址线的预充电电压通过所述重置晶体管施加到所述被感测的阵列元件的所述传感器读出晶体管的栅极，所述预充电电压的幅度足以导通所述传感器读出晶体管。
14.根据权利要求12所述的操作方法，其中每个阵列元件的所述阻抗传感器电路包括升压电容器，所述升压电容器连接在所述传感器读出晶体管的所述栅极与电压源输入之间；以及
其中对所述被感测的阵列元件的预充电操作包括将来自所述电压源输入的预充电电压通过所述升压电容器施加到所述被感测的阵列元件的所述传感器读出晶体管的所述栅极，所述预充电电压的幅度足以导通所述传感器读出晶体管。
15.根据权利要求14所述的操作方法，其中每个阵列元件的所述阻抗传感器电路还包括重置晶体管，所述重置晶体管连接在所述传感器读出晶体管的所述栅极与重置电压线之间；以及
所述操作方法还包括：在所述预充电操作之前，将来自所述重置电压线的重置电压通过所述重置晶体管施加到所述被感测的阵列元件的所述传感器读出晶体管的所述栅极，以重置所述传感器读出晶体管的所述栅极处的电压。
16.根据权利要求14或15所述的操作方法，其中到所述升压电容器的所述电压源输入还连接至所述传感器读出晶体管的不同端子。
17.根据权利要求12所述的操作方法，其中：
每个阵列元件的所述阻抗传感器电路包括：p型传感器读出晶体管，其源极连接至电压输入电源线；以及重置晶体管，其连接在所述p型传感器读出晶体管的所述栅极和重置电压寻址线之间；
其中对所述被感测的阵列元件的所述预充电操作包括：
导通所述重置晶体管，并且通过所述重置晶体管向所述被感测的阵列元件的所述p型传感器读出晶体管的栅极施加重置电压，所述重置电压的幅度被选择为使所述p型传感器读出晶体管关断；以及
从所述电压输入电源线施加电压并且调整所述电压以增加所述被感测的阵列元件的所述p型传感器读出晶体管的栅极和源极之间的电位差的幅度，从而导通所述传感器读出晶体管。
18.根据权利要求12至17中的任一项所述的操作方法，还包括在执行所述感测操作的同时，将所述被感测的阵列元件的所述元件电极与所述致动电路隔离。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的操作方法，还包括：通过所述致动电路向另一阵列元件施加致动电压，以在对所述被感测的阵列元件执行感测操作的同时致动所述另一阵列元件，从而实现所述被感测的阵列元件中的电容测量。
20.根据权利要求12-19中的任一项所述的操作方法，还包括：根据权利要求12-19中的任一项对被感测的第二阵列元件执行所述感测操作。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的操作方法，其中扰动施加到被感测的阵列元件的电压包括：扰动施加到所述被感测的阵列元件的元件电极或参考电极的电压。
22.根据权利要求12至21中任一项所述的操作方法，其中扰动施加到被感测的阵列元件的电压包括：扰动施加到与所述被感测的阵列元件不同的阵列元件的电压，并且将经扰动的电压耦合到所述被感测的阵列元件。
23.根据权利要求22所述的操作方法，其中扰动施加到被感测的阵列元件的电压包括：扰动施加到一组阵列元件的电压，并且将经扰动的电压耦合到所述被感测的阵列元件。
24.根据权利要求22至23中任一项所述的操作方法，其中所述经扰动的电压耦合到一组被感测的阵列元件。
技术总结