一種高增益低噪聲的圖像探測器讀出電路設計

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，是因為這種噪聲產生的影響不隨時間的變化而變化，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讀出電路中的相關雙采樣電路進行消除。通過以上分析，在本電路中，噪聲的主要來源在于光探測器的散粒噪聲和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，理論計算噪聲電壓Vn=3.1mV，實際電路的噪聲水平會比理論值大2倍左右。

4 仿真與測試結果

4.1電路版圖和仿真結果

本文所設計的電路采用CSMC公司0.5μmCMOS工藝模型，對電路進行Spectre仿真、版圖設計和流片。

表1是對探測器進行的參數(shù)設置，主要依據(jù)的是相應材料制作的探測器對應測試得到的等效電阻值和等效電容值以及探測器流過的光生電流來確定的，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，當信號電流為20pA時，電路輸出差分電壓為90mV，根據(jù)噪聲電壓的估算值，最小信號的信噪比SNR=15。

4.2 測試結果

采用CSMC公司的0.5μm標準CMOS工藝庫對電路進行流片，表2為仿真結果和實際測試結果比較(Cf=20fF，C1=150fF，C2=18fF信號輸入20~300pA，積分時間20μs)。

表2 仿真結果和實際測試結果比較

從表2可以看出，實測結果略小于仿真結果，當光信號為20pA時，測得電路噪聲電壓為8mV，則SNR=10.8。