红外探测器中一种电容式反馈跨阻放大器的设计

放大器电路对提高红外成像技术中红外探测器的读出精度,是至关重要的。针对电容式反馈跨阻放大器的设计进行了研究,提出了一种在反馈回路中用晶体管代替反馈电阻的新的拓扑结构。对于所提出的拓扑结构,提出并分析了与系统稳定性相关的诸如截止频率和衰减比等的总体频率响应和设计参数,从而获得高直流输入动态范围。此外,还讨论了在直流反馈回路中加入额外的电容以确保系统的稳定性。分析、仿真和实验结果的良好一致性验证了所提出的CF-TIA方案的有效性,而且所提出的电路设计在正常或低直流输入下的整体噪声性能方面相比于传统的CF-TIA方案更具优势。尽管本文中的电路采用分立元件实现,但提出的频率响应模型和稳定性分析适用于所有CF-TIA应用和CMOS芯片设计。

一个接近理想的CMOS互阻放大器

本文介绍用电流反馈放大器构成的CMOS互阻放大器电路及工作原理 ,并将其应用于DVD光捡拾集成电路设计中。

互阻抗放大器的设计

大多数工程师都知道，设计互阻抗放大器需要一个足够大的电阻，以把输入电流转换成一个在合理范围内的输出电压。为了使电路稳定，需要在反馈电阻上并联一个足够大的电容。本文将说明在确保互阻抗放大器具有尽可能大的带宽以及保证系统稳定的情况下，如何计算反馈电容值。

负反馈放大器输出阻抗计算问题分析

负反馈放大器的分析是电子线路课程的难点之一,而电流负反馈放大器输出阻抗的计算是学生们经常出现错误的,备现行教材中至今未给出论证,本文就负反馈放大器输出阻抗的两种求解方法给出适用范围的证明,并对常见错误作出分析。

信号源内阻对电压并联负反馈放大器性能的影响

在电子放大器中引入负反馈后,电子放大器的很多性能得到了改善,如增益的稳定、通频带的扩展,非线性失真的减小,抑制干扰和噪声,以及改变电子放大器的输入输出电阻等。因此,在现代的很多电子放大器中,负反馈得到了极为广泛的应用。

CMOS宽带互阻放大电路

介绍了用 CMOS电流反馈放大器构成互阻放大器的基本原理。该互阻放大器具有宽频带、高增益、低功耗的特点 ,实用于 I-V转换。文中给出设计指导思想 。

一种应用于开关电容电路的0.9V自适应偏置OTA

设计了一种应用于开关电容电路的自适应偏置的低电压、低功耗开关运算跨导放大器。采用负阻负载技术和自适应偏置技术,分别提高了放大器的增益和转换速率;采用电流镜型OTA技术降低功耗,并通过控制开关关断非工作状态下的运放电源,进一步降低了功耗。新型开关电容共模反馈电路的共模电压可在一个时钟周期内快速稳定,不增加额外功耗,不限制输出摆幅。在SMIC 0.18μm工艺下的仿真结果表明,OTA在0.9V供电下,直流增益达60dB,增益带宽积为1.81 MHz,转换速率为0.94V/μs,功耗为4.16μW。

CTIA型红外读出电路的数字控制电路结构研究

研究了电容反馈互导放大器(CTIA)型红外读出电路的数字控制部分的工作原理,并针对CTIA这一特殊结构的读出电路,提出了一种基于计数器的数字控制电路结构。文中给出了电路图,并在Cadence平台上做了仿真,给出了相应的仿真结果。与一般的结构相比,新的结构更灵活,更易于控制,并且所用D触发器的数量更少。

反馈系数的引入与归一化

反馈系数的引入与归一化张恒，李忠志在负反馈电路中，反馈系数Ｆ是一极重要参量，它的引入给分析放大器的性能带来很大方便，由于研究的问题不同，Ｆ的引入方式就不同。在反相运算放大器（图１）的增益讨论中出现的反馈系数文献［１］［２］均以简单给出，对其内画未作深...

多分辨率高速线列CMOS图像传感器设计

设计并验证了一款可选分辨率、高速1024线列CMOS图像传感器。为了优化列总线读出速率,芯片采用总线分割技术以减小总线寄生电容,有效提升了信号读出速率。传感器具有4种可选择分辨率功能,使其具有更高的帧频。设计的芯片采用0.5μm标准CMOS工艺成功流片,验证了设计的正确性。测试结果表明:满阱容量为4.76 Me^(-)/像素,动态范围为75 dB;在128分辨率下,帧频能达到36000 frames/s。

放大技术、放大器

Y98-61299-1960 9904670CMOS 互阻电流放大器=A CMOS transresistance cur-rent amplifier[会,英]/Palmisano.G.& Palumbo,G.//1997 IEEE International Symposium on Circuits and Sys-tems,Vol.3.—1960～1963(Ⅰ)CMOS 电流型运算放大器是以互阻折叠式栅阴放大器为基础并使用了 AB 类电流输出级。

红外探测器高性能读出电路的研究

设计了一种高性能电容反馈跨阻放大器(CTIA)与相关双采样电路(CDS)相结合的红外探测器读出电路。该电路采用CTIA电路实现对微弱电流信号的高精度读出,并通过CDS电路抑制CTIA引入的固定模式噪声(FPN),最后采用失调校正技术减小CDS引入的失调,从而减小了噪声对电路的影响,提高了读出电路的精度。采用特许半导体(Chartered)0.35μm标准CMOS工艺对电路进行流片,测试结果表明:在20pA～10nA范围内该电路功能良好,读出精度可达10bit以上,线性度达97%,达到了设计要求。该读出电路可用于长线列及面阵结构红外探测系统。

长线列CMOS图像传感器的性能优化设计

设计了一种基于电容反馈跨阻放大器(CTIA)的长线列CMOS图像传感器。为减小器件功耗和面积,采用基于单端四管共源共栅运算放大器。为提高信号读出速率,采用没有体效应的PMOS源跟随器,同时减小PMOS管的宽长比,有效减小了输出总线寄生电容的影响。在版图设计上,采用顶层金属走线,降低寄生电阻和电容,提高了长线列CMOS图像传感器的读出速率和输出线性范围。采用0.35μm 3.3V标准CMOS工艺对传感器进行流片,得到器件像元阵列为5×1 030,像元尺寸为20μm×20μm。测试结果表明:该传感器在积分时间为1ms、读出速率为4MHz的情况下工作稳定,其线性度达到98%,线性动态范围为76dB。

光电传感器读出电路的参数可调控制研究

基于电容反馈互导放大器和相关双采样结构的读出电路原理,分析了电路中控制信号的时序关系,设计了参数可调的时序控制电路。应用Cadence进行电路仿真和版图设计优化,通过流片、测试,证明参数可调的时序控制电路能有效调节参数,易于控制,适用于具有该读出结构的读出电路。

640×512焦平面读出电路设计

介绍了640×512电容反馈跨阻放大器(CTIA)型焦平面读出电路的设计,包含模拟电路与数字模块设计。分析了CTIA采样单元的设计,折中优化了采样单元的面积、噪声、增益等因素,同时优化了采样单元控制电路,最大限度地提高了对采样单元阵列的驱动能力;数字控制部分着重分析了对行选、列选、翻转读出、随机开窗、隔行扫描、多路选择输出等功能的实现方式。设计基于0.5μm DPTM工艺进行仿真验证,采样单元面积为25μm×25μm,工作频率为5MHz,芯片面积为18.1mm×17.4mm,输出摆幅大于2.5V,动态范围大于70dB。

2×8低噪声InGaAs/InP APD读出电路设计

对In0.53Ga0.47As/InP雪崩光电二极管(APD)探测器进行了特性分析。以大阵列研究为基础,结合器件特性设计了一个2×8低噪声读出电路(ROIC),电路主要由电容反馈互阻放大器(CTIA)和相关双采样(CDS)电路单元构成,并对读出电路的时序、积分电容等进行了设计。电路采用0.6μm CMOS工艺流片,芯片面积为2 mm×2 mm,电荷存储能力为5×107个,功耗小,噪声低,设计达到预期要求。

1024×1024 AlGaN紫外焦平面读出电路的超低功耗设计

提出了一种新型的超低功耗读出电路用于18μm中心距1 024×1 024面阵规模的AlGaN紫外焦平面。为了实现低功耗设计紫外焦平面读出电路,采用了三种设计方法,包括:电容反馈跨阻放大器CTIA结构采用工作在亚阈值区的单端输入运算放大器,列像素源随缓冲器和电平移位电路共用同一个电流源负载以及列级缓冲器的分时尾电流源设计。由于像素单元内CTIA采用了单端输入运算放大器,在3.3 V供电电压下,每个像素单元最小工作电流仅8.5 nA。该读出电路设计了可调偏置电流电路使读出电路能得到更好的性能并基于SMIC 0.18μm 1P6M混合信号工艺平台进行了设计制造。测试结果表明:由于采用了上述设计方法,整个芯片的功耗在2 MHz时钟8路输出模式下仅67.3 mW。

二极管型非制冷红外探测器的前端电路设计

设计了一种二极管型非制冷红外探测器的前端电路,该电路采用Gm-C-OP积分放大器的结构,将探测器输出的微弱电压信号经跨导放大器（OTA）转化为电流信号,再经电容反馈跨阻放大器（CTIA）积分转化为电压信号输出。该OTA采用电流反馈型结构,可以获得比传统OTA更高的线性度和跨导值。输入采用差分结构,可以有效地消除环境温度及制造工艺对探测器输出信号的影响。电路采用0.35μm CMOS工艺进行设计并流片,5 V电源电压供电。Gm-C-OP积分放大器总面积0.012 6 mm2,当输入差分电压为0~5 m V时,测试结果表明：OTA跨导值与仿真结果保持一致,Gm-C-OP积分放大器可实现对动态输入差分信号到输出电压的线性转化,线性度达97%,输出范围大于2V。

高灵敏度的量子效应探测器的建模和微光探测

针对新型量子点-量子阱光电探测器在不同的辐照功率和器件偏压下的电特性测试,采用曲线拟合的方法,得到不同辐照光功率下的I-V、C-V之间的函数关系,应用Verilog-A语言建立等效电路模型,然后利用电路模拟软件进行验证,为读出电路的设计提供准确的便于和读出电路一起模拟仿真的探测器模型。针对这种探测器低温下具有的暗电流小、灵敏度高、光电转换效率高等优点,设计了电容反馈互阻放大器(CTIA)和相关双采样(CDS)结构的读出电路。芯片集成后和2×8阵列的量子效应探测器封装在陶瓷基板上,低温下(77 K)采用633 nm He-Ne激光聚焦照射探测器,测试得到探测器的微光响应电压。实验结果表明,当器件在50 pW光功率、29.3μs的积分时间、偏压约-3.1 V时,读出电路与探测器对接后12个像元有响应电压;增大光功率至500 pW时,16个像元都有响应;读出电路与探测器对接后平均响应电压为18 mV,平均电压响应率达到3.6×107 V/W。

PV型HgCdTe线阵探测器对强光反常响应机制研究

采用多种波段内激光辐照带有电容反馈互导放大器(CTIA)读出电路的PV型线阵HgCdTe探测器,实验均发现,当激光功率密度增强到约10-2 W/cm2时,未辐照像素也存在响应,且其基底信号出现以前未曾发现的反常响应,即随功率密度的增加,未辐照像素基底信号的响应值先下降后上升,并且噪声增大。针对这一反常响应现象进行了深入研究,结果表明器件内部公共P级结构、电路共用Vref电压结构是导致这一反常响应的主要原因。