[發明專利]高線性、高注入效率CTIA單元電路

無效

• 申請號: 201010515730.7
• 申請日: 2010-10-21
• 公開（公告）號: CN102457232A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: 宋以丹
• 申請（專利權）人: 宋以丹
• 主分類號: H03F1/06
• 分類號: H03F1/06;H03F1/32;H03F1/26;G01J5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種單元電路放大器，尤其涉及一種高線性、高注入效率CTIA單元電路。

背景技術：

讀出電路(ROIC)是紅外焦平面陣列(IRFPA)的關鍵部分之一，其功能是對探測器感應的微弱紅外輻射進行前置處理(如積分、采樣/保持、放大等)及信號的串并行轉換。讀出電路與探測器一樣，它的性能好壞直接影響焦平面的性能。常用的讀出電路有源級跟隨結構(SFD)、直接注入結構(DI)和電容跨阻抗放大器結構(CTIA)。這幾種結構相比，除了面積和功耗相對大的缺點外，CTIA型讀出電路在低噪聲、恒定的探測器偏壓控制、積分電容可根據應用情況靈活設計、動態范圍大、均勻性和線性度好等方面具有優勢。對于一個高線性的CTIA型讀出電路，探測器偏壓的穩定性是非常重要的。探測器偏壓的穩定性有兩層含義，一是指在積分期間探測器的偏置不隨積分電壓的改變而變化；二是指盡管焦平面陣列中不同探測器對應著不同強弱的目標輻射，但應該有相同的偏置，否則會因探測器的漏電流不同而引入噪聲。探測器偏壓不僅能夠影響暗電流、注入效率、探測器1/f噪聲，還影響著讀出電路的靈敏度和線性度。

傳統CTIA單元電路共源共柵放大器的電源抑制能力很差，當電源電壓波動時，由于尾電流不變而引起探測器偏壓跟隨電源電壓變化，從而積分輸出引入了非線性，導致讀出電路的線性度降低。偏壓的不穩定還引起了探測器暗電流的改變，對CTIA單元電路的注入效率有一定的影響。

發明內容：

本發明就是針對上述問題，提供一種單元電路結構簡單，性能受工藝偏差的影響小的高線性、高注入效率CTIA單元電路。

為達到以上目的，本發明采用如下技術方案，本發明包括探測器電容、積分電容、積分復位管采樣保持管，其結構要點在于M1、M2對管做輸入管，M3、M4、M6和M7管構成共源共柵電流鏡負載，C1為探測器電容，Cint為積分電容，Iint為積分電流，Mrst為復位積分管，Msh1、Msh2和負載電容構成相關雙采樣結構。

發明的有益效果：

提出了一種改進型CTIA單元電路，利用0.5μm?CMOS工藝模型參數對該結構和傳統結構的性能進行了模擬對比，結果表明本文提出的改進型結構對探測器偏置的穩定是最好的，線性度高達99.6％，注入效率高。該結構采用相關雙采樣技術，可抵消KTC噪聲，同時放大器增益的提高和小的積分電容也減小了電路的噪聲。采用倒寬長比設計，該電路功耗可達到0.76μW。這種改進型的CTIA單元電路結構簡單，功耗低，偏壓穩定，適用于大陣列紅外焦平面讀出電路中。

附圖說明：

圖1是改進型CTIA單元電路圖。

具體實施方式：

本發明包括探測器電容、積分電容、積分復位管采樣保持管，M1、M2對管做輸入管，M3、M4、M6和M7管構成共源共柵電流鏡負載，C1為探測器電容，Cint為積分電容，Iint為積分電流，Mrst為復位積分管，Msh1、Msh2和負載電容構成相關雙采樣結構。

M1、M3、M6串聯，M2、M4、M7串聯，兩個串聯電路并聯，M5一端接VDD，另一端接并聯電路，并聯電路另一端接地，M2一端連接積分電容。

改進型CTIA單元電路可以穩定探測器偏壓，當積分輸出時，共源共柵結構的屏蔽效應，M7管漏端電壓不受M4管漏端電壓變化的影響，支路電流I2不變，支路電流I1也保持不變，M5管的漏端電壓恒改進型電路M2管支路電流不變，VDS2的變化小，柵極電壓變化小，改進型CTIA單元電路對探測器偏壓的穩定要比傳統的好，提高了輸出信號線性度。