[發明專利]增益測距電荷放大器

有效

• 申請號: 201410277692.4
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104242845B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: C·L·輝;G·R·卡里奧
• 申請（專利權）人: 美國亞德諾半導體公司
• 主分類號: H03F3/70
• 分類號: H03F3/70
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 秦晨

本發明受益于2013年6月21日遞交的、名稱為“Gain-Ranging Charge Amplifier(增益測距電荷放大器)”的序號為61/837,875的美國專利申請給予的優先權，該申請的全部內容合并于此。

背景技術

電荷放大器可由諸如壓電傳感器或電荷電容器件(CCD)的具有電容性質的電信號源來驅動。電荷放大器可以將來自電荷信號的電荷傳遞到參考電容器(也稱為積分電容器)以生成與參考電容器的端電壓相關的輸出電壓。輸出電壓可以基于參考電容器的電荷以及輸入電荷。電荷放大器可用于光成像器件和平板X射線檢測器陣列的讀出電路的應用，用以測量存儲在像素陣列中的單個像素的小電容器中的小電荷。

在基于多輸入電荷的電路中，選擇電路或多路復用器(MUX)可用于定具體傳感電容器到電荷放大器的通道，以用于信號處理。可存儲在每個像素的電容器中的輸入電荷信號會比在選擇開關轉變過程中通過薄膜晶體管(TFT)選擇開關的寄生電容所誘發的誤差電荷少得多。結果，當選擇像素時，像素的較小的輸入電荷信號可添加到較大的選擇誘發誤差電荷中，并且會導致電荷放大器過早飽和，因而限制了其動態范圍，或者會導致自動增益選擇電路過早選擇較低的增益，因而限制了可用于感測或放大較小的輸入電荷信號的容許動態范圍的全部優勢。當選擇開關關斷時，電荷放大器應當僅代表輸入電荷信號，但是由于選擇開關誘發的較大的誤差電荷會破壞輸出電壓信號。

因此，存在對于能夠補償誤差而不顯著地增加器件復雜度和尺寸或不顯著地降低性能的改進的電荷放大器的需求。

附圖說明

圖1示出了說明根據本發明的實施方案的傳感器處理系統的系統圖。

圖2示出了根據本發明的實施方案的在系統操作過程中信號的模擬時序圖。

圖3示出了根據本發明的實施方案的方法。

具體實施方式

圖1是根據本發明的實施方案的傳感器處理系統100。系統100可以包括各種電路系統，包括像素陣列110、采樣階段120、選擇階段130和ADC階段150。像素陣列110可以包括以有序陣列布置的多個像素電路(未顯示)。陣列內的像素電路可以生成輸出信號，輸出信號代表入射到電路的檢測器上的輻射線，例如可見光或x射線輻射線。選擇階段130可以選擇一個像素。當一個像素被選定時，其可以將復位和信號電荷單獨輸出到采樣階段120。采樣階段120可以生成輸出電壓CDS1、CDS2以便由ADC階段150在數字轉換中使用。ADC階段150可以生成數字輸出代碼D_OUT，代表入射到像素電路的輻射線的信號電平，并且在這樣做時可以實現采樣操作。

如所說明的，像素陣列110可以包括多個像素元件，其響應于入射能量(例如，光、x射線等)而生成電輸出。像素電路可組織成可尋址像素電路的規則陣列，例如成像素行、笛卡爾或六邊形。每行可具有其自身的采樣階段。為了當前論述的目的，將陣列視為包括成列和成行的各個像素是方便的。每個像素p(x,y)可以包括薄膜晶體管(“TFT”)構件，當通過入射輻射線激勵時，TFT構件可產生電荷。例如，照射到像素p(x,y)上的x射線可以產生電荷信號C_x,y。照射量可以引起輸出電荷的相應變化(即，增加的照射導致增加的電話)。

在實施方案中，像素陣列110可設置在與其他構件(例如，采樣階段120和ADC階段150)分離的基板上。這種實現可適合于X射線傳感器系統。采樣階段120和ADC階段150可設置在彼此共用的集成電路(IC)上。可替代地，在另一實施方案中，像素陣列110可設置在與其他構件共用的IC基板上，其可適合于數字攝像機的實施方案。

選擇階段130可以包括一個或多個選擇開關132。選擇開關132可以基于尋址信號V_GATE而從多個像素中選擇一個像素。當像素p(x,y)被尋址時，選擇階段130可以將其對應的電荷信號C_x,y輸出到采樣階段120。在操作期間，所選的像素p(x,y)可被尋址兩次以進行采樣，一次是緊接在像素復位而輸出復位電平之后，第二次是在輸出信號電平的曝光周期之后。可替代地，可假設復位電平處于相同的穩定參考電壓，并且因此可以略過復位電平的采樣。選擇階段130可以具有寄生電容C_PARASITIC。與電壓V_GATE組合的寄生電容C_PARASITIC可足夠大以使得產生大的誤差信號來影響像素p(x,y)的電荷信號C_x,y的感測。