電荷注入元件讀取電路設計

Abstract

電荷注入元件(CD)由MIS 電容所構成, 是一種很重要的光偵測器。InSb CID可偵測波 長從3–5um的紅外光, 在軍事用途上更顯重要。與CCD 比較, 要讀取CID 上的光信號 較為困難。主要的原因是CCD 的讀取電路只連接一個CCD 元件, 而CID 的讀取電路卻 必須與一整行的CID 元件連在一起。為了達到背景光限制光偵測器(BLIP)的成就, 讀 取電路本身所產生的雜訊不可超過偵測器所產生之暗電流之背景光雜訊。 一組多工器用來定址CID 中個別之元件, 將其信號送到讀取電路是必需的。本論文中 以3.5um CMOS技術使用Clocked CMOS架構制作之多工器經測試證實為可行之方法。其 優點為在IC布局上可得較窄之位元寬度, 適合大型CID 陣列使用。 本論文提出以電荷感知放大器後接交換電容微分器構成之InSb CID平面陣列信號讀取 電路, 此電路將與多工器製作在同一晶片上, 並將其泡入絕對溫度77度之液態氮中工 作, 如此可減少熱雜訊及外界雜訊之干擾, 經電路模擬結果證實此種架構可正常工作 。而此電路所產生之雜訊與傳統PMOS做前置放大之讀取電路略高一些, 但是在集積度 上與增益穩定上本電路較傳統之電路為優, 而且因本電路係以電荷感知與傳統之電壓 感知稍有不同。其優點為不會產生因電容變化而導致讀取信號產生串音之現象。同時 電荷感知放大器之時脈穿透(clock feedthrough) 與重置開關所產生之KTC 雜訊皆可 被交換電容器微分器所抑止, 因此, 本電路較傳統之讀取電路顯得更具優勢。