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微光CMOS图像传感器读出电路设计

徐星?? 陈世军?? 中国科学院上海技术物理研究所 电子设计工程?? 2015年07月01日 ?? 收藏1

4 仿真与测试结果

4.1 电路版图和仿真结果

本文所设计的电路采用CSMC 公司0.5 μm CMOS 工艺模型,对电路进行Spectre 仿真、版图设计和流片。

表1 是对探测器进行的参数设置,主要依据的是相应材料制作的探测器对应测试得到的等效电阻值和等效电容值以及探测器流过的光生电流来确定的, 其中Vref是外加在放大器正相端的电压值。

表1 仿真时单元电路参数取值

表1 仿真时单元电路参数取值

图5 CTIA 输出的仿真波形。

图5 CTIA 输出波形
图5 CTIA 输出波形

从图5 可看出,当信号电流为20 pA 时,电路输出差分电压为90 mV,根据噪声电压的估算值,最小信号的信噪比SNR=15。

4.2 测试结果

采用CSMC 公司的0.5 μm 标准CMOS 工艺库对电路进行流片,表2 为仿真结果和实际测试结果比较(Cf=20 fF,C1=150 fF,C2=18 fF 信号输入20~300 pA,积分时间20 μs)。

表2 仿真结果和实际测试结果比较

表2 仿真结果和实际测试结果比较

从表2 可以看出,实测结果略小于仿真结果,当光信号为20 pA 时,测得电路噪声电压为8 mV,则SNR=10.8。

5 结论

本文设计了一种高增益低噪声的探测器读出电路,采用CTIA 与CDS 电路相结合,通过对CTIA 电路中积分电容的改进,使电路在宽范围内对微弱信号读出,并采用开关控制和CDS 电路来降低噪声,使电路信噪比达到10,该电路对航空航天领域微光探测系统读出电路的设计具有重要意义。

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图像传感器? 信噪比? 光探测器? MOS管?

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