一种高增益低噪声的图像探测器读出电路设计

在本电路中，Cfb=2fF，Cpd=1.3pF，CL=1pf，α=1.5，T=300K，则Vn=2mV。

3.3 固定模式噪声(FPN)

之所以称为固定模式噪声，是因为这种噪声产生的影响不随时间的变化而变化，即表现在每帧图像上的误差是一致的。像素的固定模式噪声可以通过读出电路中的相关双采样电路进行消除。通过以上分析，在本电路中，噪声的主要来源在于光探测器的散粒噪声和CTIA放大器的闪烁噪声，输出总噪声为6。

噪声电压为

其中：Av为输出跟随放大器增益0.7。

根据公式，理论计算噪声电压Vn=3.1mV，实际电路的噪声水平会比理论值大2倍左右。

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0.5μmCMOS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

图5 CTIA输出的仿真波形

从图5可看出，当信号电流为20pA时，电路输出差分电压为90mV，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0.5μm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=20fF，C1=150fF，C2=18fF信号输入20~300pA，积分时间20μs)。

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20pA时，测得电路噪声电压为8mV，则SNR=10.8。