[发明专利]一种CMOS自归零电路

说明书

本发明公开了一种CMOS自归零电路，包括一个0.5PF的自归零电容、一个1PF的积分电容和两个降低电荷注入效应的NMOS管。当自归零开关S1和S2为高电平时，电路处于复位期间，将放大器失调电压和噪声电压存储在自归零电容上，S1‑为控制补偿管开关，减小S1开关的电荷注入效应。放大器采用差分输入的一级折叠共源共栅结构，克服了传统的二级放大器使用的米勒补偿电容在低温77K下容易引起振荡的缺点；该自归零电路在常温和低温77K之间都能正常工作，噪声比传统的电路低，可应用于非均匀性较大的中波线列红外HgCdTe探测器信号的读出。

技术领域

本发明涉及一种CMOS电路，具体涉及一种CMOS自归零电路。

背景技术

中波HgCdTe红外探测器由于其独特的优势，在国防和航天领域方面有着 极其重要的用途，但它一般在高背景下工作，会产生很大的背景电流；同时， 中波HgCdTe红外器件本身的暗电流也比较大，且存在比较大的非均匀性，信 号读出时极易出现各元的信号高低不平，部分信号无法读出。另外，信噪比也 是红外探测器组件的关键参数，良好的信噪比是获得更高清晰度红外图像的基 础，为满足国内航天工程的应用需求，要求在CMOS电路设计的同时考虑非 均匀性自归零校正，目前，国内未曾报道过针对中波HgCdTe红外探测器的CMOS自归零电路。国外文献也未公开报道关于中波HgCdTe红外探测器低温 CMOS自归零具体电路结构方面的文章。

由于在探测器读出电路中放大器输入端存在电压失调，会产生一定的暗电 流，经过积分后也会产生较大的暗电流电压。不同探测器之间的暗电流并非均 匀一致，这也大大降低了系统的动态范围。对于探测器暗电流的非均匀性，一 方面可以在制作探测器的工艺上进行研究，但限于国内的工艺条件限制，非均 匀性问题不能在工艺上完全解决，所以只能在读出电路上做进一步的研究。国 内外已有相关文献报道在读出电路中增加电流抑制结构，虽然可以整体减小暗 电流大小，但无法解决不同探测元暗电流的非均匀性问题。采用自归零的方法 能有效解决这一问题。自归零方法是在无光照时采集各元的暗电流信号储存在 相应的采样电容上，在有光照时利用新采集的信号和暗信号互减来读出真正的 红外信号，需要利用读出电路的输入级失调电压反馈补偿，消除光敏元两端的 偏压，使光敏元尽量工作在零偏置，抑制暗电流。

发明内容

本发明采用自归零结构能有效地降低暗电流导致的固定图像噪声和1/f噪 声，提高读出信噪比，增大动态范围。

该自归零结构(图1和图2)，包括一个0.5pF的自归零电容Caz和一个 1pF的积分电容Cint，NM16和NM17为消除电荷注入效应的两个NMOS管， 其宽长比设计为0.6μm/1μm。S1和S2为自归零开关。当S1和S2为高电平 时，电路处于复位期间，能把放大器失调电压和噪声电压存储在自归零电容 Caz上，S1-控制的管子为补偿管，能减小S1开关的电荷注入效应。reset为复 位积分开关，reset为低电平时为复位阶段，reset为高电平时为电路积分阶段。

低温差分放大器模块(图3)采用差分输入的折叠共源共栅结构的放大电 路，M5、M6、M13、M17构成差分输入的共源共栅结构，M16、M18为差分输出 的有源负载，M7、M14给共源共栅提供电流源,bias1、bias2、bias3为偏置电 压端口，In-、In+为差分运算放大器的正负输入端。其中差分输入对管M5、M6， 采用叉指晶体管，尽量保证上下和左右对称，且在输入对管的外面使用保护环 (图4)；