[實用新型]CMOS自歸零電路

有效

• 申請號: 201820156282.8
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN207968684U
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 袁紅輝;陳永平;鐘燕平;呂重陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H04N5/374
• 分類號: H04N5/374;H04N5/378;H04N5/361;H04N5/357
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 李秀蘭

本專利公開了一種CMOS自歸零電路，包括一個0.5PF的自歸零電容、一個1PF的積分電容和兩個降低電荷注入效應的NMOS管。當自歸零開關S1和S2為高電平時，電路處于復位期間，將放大器失調電壓和噪聲電壓存儲在自歸零電容上，S1?為控制補償管開關，減小S1開關的電荷注入效應。放大器采用差分輸入的一級折疊共源共柵結構，克服了傳統的二級放大器使用的米勒補償電容在低溫77K下容易引起振蕩的缺點；該自歸零電路在常溫和低溫77K之間都能正常工作，噪聲比傳統的電路低，可應用于非均勻性較大的中波線列紅外HgCdTe探測器信號的讀出。

技術領域

本專利涉及一種CMOS電路，具體涉及一種CMOS自歸零電路。

背景技術

中波HgCdTe紅外探測器由于其獨特的優勢，在國防和航天領域方面有著極其重要的用途，但它一般在高背景下工作，會產生很大的背景電流；同時，中波HgCdTe紅外器件本身的暗電流也比較大，且存在比較大的非均勻性，信號讀出時極易出現各元的信號高低不平，部分信號無法讀出。另外，信噪比也是紅外探測器組件的關鍵參數，良好的信噪比是獲得更高清晰度紅外圖像的基礎，為滿足國內航天工程的應用需求，要求在CMOS電路設計的同時考慮非均勻性自歸零校正，目前，國內未曾報道過針對中波HgCdTe紅外探測器的 CMOS自歸零電路。國外文獻也未公開報道關于中波HgCdTe紅外探測器低溫 CMOS自歸零具體電路結構方面的文章。

由于在探測器讀出電路中放大器輸入端存在電壓失調，會產生一定的暗電流，經過積分后也會產生較大的暗電流電壓。不同探測器之間的暗電流并非均勻一致，這也大大降低了系統的動態范圍。對于探測器暗電流的非均勻性，一方面可以在制作探測器的工藝上進行研究，但限于國內的工藝條件限制，非均勻性問題不能在工藝上完全解決，所以只能在讀出電路上做進一步的研究。國內外已有相關文獻報道在讀出電路中增加電流抑制結構，雖然可以整體減小暗電流大小，但無法解決不同探測元暗電流的非均勻性問題。采用自歸零的方法能有效解決這一問題。自歸零方法是在無光照時采集各元的暗電流信號儲存在相應的采樣電容上，在有光照時利用新采集的信號和暗信號互減來讀出真正的紅外信號，需要利用讀出電路的輸入級失調電壓反饋補償，消除光敏元兩端的偏壓，使光敏元盡量工作在零偏置，抑制暗電流。

發明內容

本專利采用自歸零結構能有效地降低暗電流導致的固定圖像噪聲和1/f噪聲，提高讀出信噪比，增大動態范圍。

該自歸零結構(圖1和圖2)，包括一個0.5pF的自歸零電容Caz和一個 1pF的積分電容Cint，NM16和NM17為消除電荷注入效應的兩個NMOS管，其寬長比設計為0.6μm/1μm。S1和S2為自歸零開關。當S1和S2為高電平時，電路處于復位期間，能把放大器失調電壓和噪聲電壓存儲在自歸零電容 Caz上，S1-控制的管子為補償管，能減小S1開關的電荷注入效應。reset為復位積分開關，reset為低電平時為復位階段，reset為高電平時為電路積分階段。

低溫差分放大器模塊(圖3)采用差分輸入的折疊共源共柵結構的放大電路，M5、M6、M13、M17構成差分輸入的共源共柵結構，M16、M18為差分輸出的有源負載，M7、M14給共源共柵提供電流源,bias1、bias2、bias3為偏置電壓端口，In-、In+為差分運算放大器的正負輸入端。其中差分輸入對管M5、M6，采用叉指晶體管，盡量保證上下和左右對稱，且在輸入對管的外面使用保護環 (圖4)；

其特征在于：CMOS低溫自歸零電路，包括一個0.5pF的自歸零電容和一個1pF的積分電容，還包含兩個為消除電荷注入效應的NMOS管。當自歸零開關S1和S2為高電平時，電路處于復位期間，能把放大器失調電壓和噪聲電壓存儲在自歸零電容上，S1-為控制補償管開關，能減小S1開關的電荷注入效應。放大器采用差分輸入的一級折疊共源共柵結構，克服了傳統的二級放大使用的米勒補償電容在低溫77K下容易引起振蕩的缺點；該自歸零讀出在常溫和低溫77K之間都能正常工作，噪聲比傳統的讀出電路低，可應用于非均勻性較大的中波線列紅外HgCdTe探測器信號的讀出。