【正文】 都 比 NMOS 管 大，在采用工藝最短溝道長(zhǎng)度時(shí)， 相對(duì)于 NMOS 管 而言 PMOS 管的面積比較小 ，故 PMOS 晶體管 產(chǎn)生 的 1/f 噪聲比 NMOS 晶體管 要 低 的多 ，所以， 通常 都 用 PMOS 晶體管來(lái)代替 NMOS 晶體管 ，對(duì)降低1/f 噪聲 有著明顯的效果。 散粒噪聲 載流子 流 過(guò)一個(gè)耗盡區(qū)時(shí)產(chǎn)生的電流波動(dòng)產(chǎn)生 的 噪聲 即為散粒噪聲 。 散粒噪聲 一般與二極管或雙極晶體管的電流波動(dòng) 有著緊密的聯(lián)系 。 MOS 管工作在亞閾值區(qū)時(shí)， 需要 有 勢(shì)壘 和電流 來(lái)產(chǎn)生散粒噪聲。散粒噪聲也 可 建模為 WGN（ 高斯噪聲），因?yàn)樗哂?0 均值，且具有 極 寬的平帶譜密度。 相關(guān)雙采樣（ CDS）抑制噪聲 目前運(yùn)用最廣泛最成功的抑制噪聲的方法是采用相關(guān)雙取樣電路（ CDS）。相關(guān)雙取樣的原理是利用了噪聲在時(shí)間上的相關(guān)性，即 在很短間隔的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，同一節(jié)點(diǎn)上噪聲的大小很接近。那么在同一節(jié)點(diǎn)上極短時(shí)間內(nèi)取樣兩次再進(jìn)行相減，噪聲就可以很大程度上減小。相關(guān)雙采樣技術(shù)能有效消除 KTC 噪聲，也能降低 1/f 噪聲和 FPN 噪聲 [14]。 CDS 電路結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 相關(guān)雙采 樣電路結(jié) 構(gòu) 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 CTIA 放大級(jí)輸出端 與 兩個(gè)電容采樣電路并聯(lián) ，第一次采樣控制時(shí)序 為 C1，第二次采樣控制時(shí)序 為 C2；采樣電路的輸出端 后加入 兩個(gè)源 跟 隨器 ，緩沖輸出源 跟 隨器控制時(shí)鐘為 C3，當(dāng)?shù)诙尾蓸咏Y(jié)束時(shí)， 兩個(gè)輸出緩沖電路同時(shí)導(dǎo)通，兩個(gè)采樣電容上的采樣電壓同時(shí)輸出。電路的控制時(shí)序如圖 所示。 圖 CDS 電路 控制時(shí)序 減法器設(shè)計(jì) 在 相關(guān)雙采樣 CDS 電路后加一個(gè)減法器 [15]， 將兩次采樣所得的電壓相減，最后輸出消除噪聲后的電壓值。電路結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 減法器電 路結(jié)構(gòu) 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 因?yàn)? 114i n n outV V V VRR??? （ 42） 223i p pV V VRR? ? （ 43） 設(shè) 3412RR RR? ,因?yàn)? npVV? ,所以可得減法器輸出電壓 4211 ()out i iRV V VR?? （ 44） 本章分析了讀出電路的噪聲來(lái)源，并提出了一種可以有效抑制噪聲的 CDS 結(jié)構(gòu)。通過(guò)減法器將源隨器的輸出電壓信號(hào)相減，最后通過(guò)調(diào)節(jié) 電路結(jié)構(gòu)減小了輸出電壓反饋干擾。通過(guò)功能仿真可知， CDS 結(jié)構(gòu)中的采樣電容能成功對(duì)積分輸出電壓進(jìn)行兩次跟蹤采樣，減法器可實(shí)現(xiàn)兩次源隨器輸出電壓的相減。 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 結(jié)束語(yǔ) 光電傳感器用于檢測(cè)直接引起光量變化的 非電量，也可用來(lái)檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光電量變化的其他非電量，因此被廣泛應(yīng)用于各大領(lǐng)域，微弱光量的轉(zhuǎn)換勢(shì)必要經(jīng)過(guò)放大，而讀出電路正是用于檢測(cè)并放大光電探測(cè)器產(chǎn)生的微弱電流信號(hào)。 CTIA 型讀出電路作為一種應(yīng)用最為廣泛的讀出電路結(jié)構(gòu)， 具有偏置電壓穩(wěn)定、 噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)成為研究的熱點(diǎn)。但是由于電路結(jié)構(gòu)、工作原理 和工藝條件限制等原因， CTIA 型讀出電路的性能不可避免會(huì)受到噪聲的 影響，所以 有必要在 讀出電路中加入噪聲處理電路 ，可以 顯著提升電路對(duì)微弱 信號(hào)的處理能力。 本文介紹了 幾種不同讀出電路結(jié)構(gòu)，并分析了不同電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。 其中 重點(diǎn)介紹了CTIA 型讀出電路結(jié)構(gòu)及其工作原理，詳細(xì)描述了 CTIA 型讀出電路的優(yōu)勢(shì)。 分析了讀出電路噪聲的產(chǎn)生原因，提出了能有效消除固定圖形噪聲， KTC 噪聲， 1/f 噪聲和散粒噪聲的相關(guān)雙采樣結(jié)構(gòu)。運(yùn)用相關(guān)雙采樣 CDS 電路對(duì) 抑制電路噪聲 起到明顯效果 ， 提高 了讀出電路輸出信號(hào)的信噪比。 基于 電容反饋互導(dǎo)放大器和相關(guān)雙采樣結(jié)構(gòu)， 設(shè)計(jì) 了參數(shù)可調(diào)的時(shí)序控制電路 ， 通過(guò)對(duì)電路的仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。 由電路的仿真結(jié)果可 知 : 1） 當(dāng) 積分電容大小改變時(shí)，讀出電路的靈敏度隨積分電容的減小而提高； 2） 用 PMOS 晶體管代替 NMOS 晶 體管能降低電路的 1/ f 噪聲； 3） 源跟隨器能 提高后續(xù)輸出的驅(qū)動(dòng)能力， 防止外電路電容對(duì)采樣電容產(chǎn)生干擾，對(duì) 采樣電壓進(jìn)行緩沖輸出和跟蹤； 4） 相關(guān)雙采樣 CDS 結(jié)構(gòu)能有效的抑制噪聲 ； 5） 在讀出電路中加入一個(gè)時(shí)序控制電路，可 通過(guò)對(duì)電阻 R 和電容 C 的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)有效 控制信號(hào)的脈寬長(zhǎng)度數(shù)、積分時(shí)間等參數(shù)。 以上結(jié)果表明，該 CTIA 型讀 出電路能有效地 檢測(cè)并放大光電探測(cè)器產(chǎn)生的微弱電流信號(hào) ，相關(guān)雙采樣結(jié)構(gòu)能 合理的對(duì)積分輸出電壓進(jìn)行采樣輸出，并同時(shí)有效的抑制了一些噪聲，同時(shí)設(shè)計(jì)的時(shí)序電路也能有效的對(duì)一些可調(diào)參數(shù)的控制。 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 參考文獻(xiàn) [1] Phillip Douglas 模擬集成電路設(shè)計(jì) [M] .北京 :電子工業(yè)出版社 ,2021,3 [2] 張國(guó)才 .光電傳感器的應(yīng)用與發(fā)展趨 [J] .科技信息（學(xué)術(shù)版） ,2021,32:680681 [3] 朱仁盛 ,曲波 .光電傳感器的應(yīng)用 [J] .煤礦機(jī)電 ,2021,31:101— 102 [4] 趙玲 ,李躍進(jìn) . 一種新型的相關(guān)焦平面 CMOS 讀出電路 [J] .紅外技術(shù) ,2021,28(1):2630 [5] 曲建國(guó) .CTLA的讀出電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D] .西安理工大學(xué) ,2021 [6] 黃靜 ,郭方敏 ,王志亮 . 28? 低噪聲 InGaAs/InP APD 讀出電路設(shè)計(jì) [J] . 集成電路設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) ,2021,33(11):10411043 [7] 孫偉峰 ,宋文星 ,謝亮 ,文勇 .CTIA 型單元讀出電路非線性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) [J].航空兵器 ,2021,（ 06） :4852 [8] 詹國(guó)鐘 ,過(guò)方敏 ,黃靜 ,朱榮錦 .光電傳感器讀出電路的參數(shù)可調(diào)控制研究 [J] .紅外技術(shù) ,2021,08:5458 [9] 畢查德 ,拉扎維 .模擬 CMOS 集成電路設(shè)計(jì) [M] .西安 :西安交通大 學(xué)出版社 ,2021 [10] 張智 ,袁祥輝 ,黃友恕 ,呂果林 .一種用于大面積 CMOS FPA 的相關(guān)雙采樣保持電路 [J] .半導(dǎo)體光電 ,2021,04:2427 [11] Han J Q,Guo F of High Dynamic Range Readout Circuits[J].IC Design and Application,(01):4144 [12] Li Y,Bai P J,Wang ? 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