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[導(dǎo)讀]當(dāng)前固體微光器件以EBCCD 及EMCCD 器件為主,隨著CMOS 工藝及電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展, 微光CMOS 圖像傳感器的性能在不斷提高,通過(guò)采用專項(xiàng)技術(shù),微光CMOS 圖像傳感器的性能已

當(dāng)前固體微光器件以EBCCD 及EMCCD 器件為主,隨著CMOS 工藝及電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展, 微光CMOS 圖像傳感器的性能在不斷提高,通過(guò)采用專項(xiàng)技術(shù),微光CMOS 圖像傳感器的性能已接近EMCCD 的性能, 揭開(kāi)了CMOS 圖像傳感器在微光領(lǐng)域應(yīng)用的序幕。隨著對(duì)微光CMOS 圖像傳感器研究的進(jìn)一步深入,在不遠(yuǎn)的未來(lái),微光CMOS圖像傳感器的性能將達(dá)到夜視應(yīng)用要求,在微光器件領(lǐng)域占據(jù)重要地位。

讀出電路是微光CMOS 圖像傳感器的重要組成部分,它的基本功能是將探測(cè)器微弱的電流、電壓或電阻變化轉(zhuǎn)換成后續(xù)信號(hào)處理電路可以處理的電信號(hào),它的噪聲水平限制著CMOS 圖像傳感器在微光下的應(yīng)用。微光條件下像素的輸出信號(hào)十分微弱,任何過(guò)大的電路噪聲、偏移都可以將信號(hào)湮沒(méi),因此提高讀出電路輸出信號(hào)的SNR 是微光設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。本文采用的新型電容反饋跨阻放大型讀出電路CTIA電路,可以提供很低的探測(cè)器輸入阻抗和恒定的探測(cè)器偏置電壓,在從很低到很高的背景范圍內(nèi),都具有非常低的噪聲,其輸出信號(hào)的線性度和均勻性也很好,適合微弱信號(hào)的讀出。

1 電路設(shè)計(jì)

為完成探測(cè)器輸出電流向電壓的精確轉(zhuǎn)化,所設(shè)計(jì)的電路由CTIA 和相關(guān)雙采樣(CDS)組成,CTIA 由反向放大器和反饋積分電容構(gòu)成的一種復(fù)位積分器。其增益大小由積分電容確定。圖1 為典型CTIA 電路結(jié)構(gòu)。

 

 

圖1 典型CTIA 結(jié)構(gòu)

當(dāng)Reset 信號(hào)為高時(shí),MOS 開(kāi)關(guān)開(kāi)通,由運(yùn)算放大器的虛短特性可知,輸入端的電壓與Vref相等,此時(shí)積分電容兩端電壓相等, 都為Vref。當(dāng)Reset 信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí),MOS 開(kāi)關(guān)關(guān)斷,由于輸入端的電壓由Vref控制,因此在積分電容Cf右極板上產(chǎn)生感應(yīng)電荷并慢慢積累,右極板電壓逐漸增大,積分過(guò)程開(kāi)始。最后電壓通過(guò)相關(guān)雙采樣電路讀出。

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