新型GaAs/InGaAs量子效应光电探测器读出设计

摘要

针对新型GaAs/InGaAs量子效应光电探测器具有的高灵敏度、大动态范围等优点，设计了CTIA-源极跟随CDS读出结构，针对传统CDS的不足，还设计了可削弱像素串扰的源极跟随CDS电路，应用TSMC0.35μm2P4M n阱CMOS工艺对读出电路进行设计、仿真、版图布局及验证，实现了流片。
　　 比较了0.3.5μm工艺的CTIA读出电路和0.5μm工艺的SI读出电路对接2×8探测器阵列测试结果，获得了积分时间、探测器偏压及光照功率等工作条件与响应电压、噪声等关键参数的关系。测试结果表明CTIA读出条件的探测器偏压稳定，输出信号线性度99.8％，输出信号摆幅超过2V；而SI读出结构的信噪比较高、芯片面积及功耗更小。通过对读出电路改进方案进行了设计与仿真，证明改进设计可以降低读出噪声，提高动态范围和灵敏度。
　　 通过对微弱交流信号模拟前端接收放大器的测试结果分析，模拟仿真了加入带隙基准源，为放大器提供基准电压及偏置电压，减少外部环境的影响，用仪表放大器消除共模噪声，用带通滤波器进一步削弱噪声。