[發(fā)明專利]高線性、高注入效率CTIA單元電路

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010515730.7
• 申請(qǐng)日: 2010-10-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102457232A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋以丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 宋以丹
• 主分類號(hào): H03F1/06
• 分類號(hào): H03F1/06;H03F1/32;H03F1/26;G01J5/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)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(shù)：

讀出電路(ROIC)是紅外焦平面陣列(IRFPA)的關(guān)鍵部分之一，其功能是對(duì)探測(cè)器感應(yīng)的微弱紅外輻射進(jìn)行前置處理(如積分、采樣/保持、放大等)及信號(hào)的串并行轉(zhuǎn)換。讀出電路與探測(cè)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(jí)跟隨結(jié)構(gòu)(SFD)、直接注入結(jié)構(gòu)(DI)和電容跨阻抗放大器結(jié)構(gòu)(CTIA)。這幾種結(jié)構(gòu)相比，除了面積和功耗相對(duì)大的缺點(diǎn)外，CTIA型讀出電路在低噪聲、恒定的探測(cè)器偏壓控制、積分電容可根據(jù)應(yīng)用情況靈活設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)范圍大、均勻性和線性度好等方面具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于一個(gè)高線性的CTIA型讀出電路，探測(cè)器偏壓的穩(wěn)定性是非常重要的。探測(cè)器偏壓的穩(wěn)定性有兩層含義，一是指在積分期間探測(cè)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(cè)器對(duì)應(yīng)著不同強(qiáng)弱的目標(biāo)輻射，但應(yīng)該有相同的偏置，否則會(huì)因探測(cè)器的漏電流不同而引入噪聲。探測(cè)器偏壓不僅能夠影響暗電流、注入效率、探測(cè)器1/f噪聲，還影響著讀出電路的靈敏度和線性度。

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

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明就是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種單元電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明包括探測(cè)器電容、積分電容、積分復(fù)位管采樣保持管，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)在于M1、M2對(duì)管做輸入管，M3、M4、M6和M7管構(gòu)成共源共柵電流鏡負(fù)載，C1為探測(cè)器電容，Cint為積分電容，Iint為積分電流，Mrst為復(fù)位積分管，Msh1、Msh2和負(fù)載電容構(gòu)成相關(guān)雙采樣結(jié)構(gòu)。

發(fā)明的有益效果：

提出了一種改進(jìn)型CTIA單元電路，利用0.5μm?CMOS工藝模型參數(shù)對(duì)該結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行了模擬對(duì)比，結(jié)果表明本文提出的改進(jìn)型結(jié)構(gòu)對(duì)探測(cè)器偏置的穩(wěn)定是最好的，線性度高達(dá)99.6％，注入效率高。該結(jié)構(gòu)采用相關(guān)雙采樣技術(shù)，可抵消KTC噪聲，同時(shí)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(zhǎng)比設(shè)計(jì)，該電路功耗可達(dá)到0.76μW。這種改進(jìn)型的CTIA單元電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗低，偏壓穩(wěn)定，適用于大陣列紅外焦平面讀出電路中。

附圖說(shuō)明：

圖1是改進(jìn)型CTIA單元電路圖。

具體實(shí)施方式：

本發(fā)明包括探測(cè)器電容、積分電容、積分復(fù)位管采樣保持管，M1、M2對(duì)管做輸入管，M3、M4、M6和M7管構(gòu)成共源共柵電流鏡負(fù)載，C1為探測(cè)器電容，Cint為積分電容，Iint為積分電流，Mrst為復(fù)位積分管，Msh1、Msh2和負(fù)載電容構(gòu)成相關(guān)雙采樣結(jié)構(gòu)。

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

改進(jìn)型CTIA單元電路可以穩(wěn)定探測(cè)器偏壓，當(dāng)積分輸出時(shí)，共源共柵結(jié)構(gòu)的屏蔽效應(yīng)，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(jìn)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(jìn)型CTIA單元電路對(duì)探測(cè)器偏壓的穩(wěn)定要比傳統(tǒng)的好，提高了輸出信號(hào)線性度。