[发明专利]一种光存储单元的倒空CTIA读出电路的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，尤其是一种光存储单元的倒空CTIA读出 电路的设计方法。

背景技术

光存储技术是通过光学方法读写数据，光探测器检测出光强和极化方向等 的变化，从而读出存储单元内的数据。读出电路(ROIC)的主要功能是对光电 器件中存储、探测或摄像单元的微弱信号进行预处理(如积分、放大、滤波、 采样/保持等)并在信号处理级间提供接口。

经特殊设计的半导体低维结构受光激发，入射光子可转变成空间分离的电 子-空穴对而被存储相当长的时间，随后再通过施加偏压驱使所存储的电子和 空穴向器件的两极移动，实现光信号读出。一种低维度量子点-量子阱混合结 构的光存储传感器是通过反向偏压使器件存储电子和空穴，正向偏压使光信号 读出。这类器件正常工作时，需要给它提供正负偏压控制信号，称作倒空信号。

现有CTIA型读出电路是一种通用的光电器件读出电路，它本身并没有根 据低维度量子点-量子阱混合结构的光存储传感器的基本特性而良身定制，特 别是没有提供倒空信号，它不能很好地读出低维度量子点-量子阱混合结构的 光存储传感器的光信号。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种光存储单元的倒空 CTIA读出电路的设计方法，它通过对光存储单元器件的电特性进行精确测试， 得到器件的电特性方程，以此建立能正确反映器件特性的等效电路，然后根据 等效电路作出设有倒空结构的读出电路，它能够更好地读出光存储单元器件的 响应信号，能为低维度量子点-量子阱混合结构的光存储传感器提供倒空信号， 尤其方便集成设计，具有较强的实用性与可操作性。

本发明的目的是这样实现的：一种光存储单元的倒空CTIA读出电路的设 计方法，包括光存储单元器件的电学特性测试、等效电路的建模，特点是将等 效电路模型作为CTIA(电容反馈互导放大器)型读出结构的输入源，得到读出 电路的相应参数，然后根据相应参数作出设有倒空结构的读出电路设计，具体 包括以下步骤：

(一)、光存储单元器件的电学特性测试

由滤光片光功率为1μW，波长为633nm的氦氖激光器提供光照强度，在 室温或低温下对光存储器件进行电流-电压特性(I-V)、电容-电压特性(C -V)的测试，并建立(I-V)、(C-V)的特性曲线。

(二)、光存储器件的等效电路建模

根据测试得到的电流-电压特性以及电容-电压特性，通过拟合分别得到 I与V之间以及C与V的函数关系，由此在等效电路模型中可以用一个或多个 电压控制电流源来实现输出电流为电压的函数、用一个电容来实现电容为电压 的函数、用一个电阻来实现阻抗为电压的函数，并接电压控制电流源、电容和 电阻，从而得到简化的准确的光存储单元器件等效电路模型。

(三)、CTIA读出电路的建立

将等效电路模型作为CTIA(电容反馈互导放大器)型读出结构的输入源，得到 读出电路的相应参数，然后根据相应参数作出与光存储单元器件匹配的具有增 益可调的CTIA(电容反馈互导放大器)读出电路，CTIA(电容反馈互导放大器) 读出电路由电容C₁、C₂、C₀与选通开关K₁、K₂及运算放大器构成，C₁与K₁串接 为第一分路，C₂与K₂串接为第二分路，第一分路、第二分路和C₀并接组成积分 电容，积分电容的正极与运算放大器的负极连接，积分电容的负极与运算放大 器的输出端(Vout)连接，它通过积分电容调节增益，积分电容值由等效电路 模型的输出电流I_d计算而得，其中电容C₁、C₂为可调电容，它分别与控制开关 K₁和K₂串联。

(四)、具有倒空结构的CTIA读出电路的设计