一種高增益低噪聲的圖像探測(cè)器讀出電路設(shè)計(jì)

在本電路中，Cfb=2fF，Cpd=1.3pF，CL=1pf，α=1.5，T=300K，則Vn=2mV。

3.3 固定模式噪聲(FPN)

之所以稱為固定模式噪聲，是因?yàn)檫@種噪聲產(chǎn)生的影響不隨時(shí)間的變化而變化，即表現(xiàn)在每幀圖像上的誤差是一致的。像素的固定模式噪聲可以通過(guò)讀出電路中的相關(guān)雙采樣電路進(jìn)行消除。通過(guò)以上分析，在本電路中，噪聲的主要來(lái)源在于光探測(cè)器的散粒噪聲和CTIA放大器的閃爍噪聲，輸出總噪聲為6。

噪聲電壓為

其中：Av為輸出跟隨放大器增益0.7。

根據(jù)公式，理論計(jì)算噪聲電壓Vn=3.1mV，實(shí)際電路的噪聲水平會(huì)比理論值大2倍左右。

4 仿真與測(cè)試結(jié)果

4.1電路版圖和仿真結(jié)果

本文所設(shè)計(jì)的電路采用CSMC公司0.5μmCMOS工藝模型，對(duì)電路進(jìn)行Spectre仿真、版圖設(shè)計(jì)和流片。

表1是對(duì)探測(cè)器進(jìn)行的參數(shù)設(shè)置，主要依據(jù)的是相應(yīng)材料制作的探測(cè)器對(duì)應(yīng)測(cè)試得到的等效電阻值和等效電容值以及探測(cè)器流過(guò)的光生電流來(lái)確定的，其中Vref是外加在放大器正相端的電壓值。

表1 仿真時(shí)單元電路參數(shù)取值

圖5 CTIA輸出的仿真波形

從圖5可看出，當(dāng)信號(hào)電流為20pA時(shí)，電路輸出差分電壓為90mV，根據(jù)噪聲電壓的估算值，最小信號(hào)的信噪比SNR=15。

4.2 測(cè)試結(jié)果

采用CSMC公司的0.5μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝庫(kù)對(duì)電路進(jìn)行流片，表2為仿真結(jié)果和實(shí)際測(cè)試結(jié)果比較(Cf=20fF，C1=150fF，C2=18fF信號(hào)輸入20~300pA，積分時(shí)間20μs)。

表2 仿真結(jié)果和實(shí)際測(cè)試結(jié)果比較

從表2可以看出，實(shí)測(cè)結(jié)果略小于仿真結(jié)果，當(dāng)光信號(hào)為20pA時(shí)，測(cè)得電路噪聲電壓為8mV，則SNR=10.8。