[发明专利]一种石墨烯光电探测器的大动态范围读出电路及方法

权利要求书

1.一种石墨烯光电探测器的大动态范围读出电路，其特征在于，所述读出电路包括偏置模块、积分模块、电压比较模块、开关选择模块；所述偏置模块用于向积分模块提供静态工作点偏置电压，以及将石墨烯光电探测器产生的光电信号注入到所述积分模块；所述积分模块用于对石墨烯光电探测器产生的电流信号进行处理，并将电流信号转换为电压信号；所述电压比较模块用于对来自积分模块的输出电压和阈值电压进行比较；所述开关选择模块用于根据电压比较模块的输出选择不同的积分电容。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯光电探测器的大动态范围读出电路，其特征在于，所述偏置模块包括偏置电压Vsk、偏置电压Vdet、偏置电压Vref；其中，所述偏置电压Vsk连接暗像元电阻RB的一端，所述偏置电压Vdet连接感光像元电阻RL的一端，所述暗像元电阻RB的另一端和所述偏置电压Vdet的另一端相连接，且两个像元电阻相连的连接端分别与所述积分模块和所述开关选择模块连接；所述偏置电压Vref与所述积分模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯光电探测器的大动态范围读出电路，其特征在于，所述积分模块包括积分电容Cmin、运算放大器和复位开关；所述复位开关的两端分别连接所述积分电容Cmin的级板两端，以及所述运算放大器的负相输入端和输出端，且所述积分电容Cmin与所述运算放大器并联；当所述复位开关断开时，积分开始，到达积分时间之后，所述复位开关闭合，积分结束，运算放大器的输出端输出积分电压Vout1；经过积分电容Cmin积分之后，所述运算放大器的输出积分电压Vout1进入到所述电压比较模块中。

4.根据权利要求3所述的一种石墨烯光电探测器的大动态范围读出电路，其特征在于，所述运算放大器OP为PMOS差分输入的共源共栅放大器，包括四个NMOS管和八个PMOS管；其中，PMOS管M0、PMOS管M3和PMOS管M4的源极连接电源电压VDD，NMOS管M10和NMOS管M11接地GND；PMOS管M1的栅极连接输入电压Vip，漏极连接M10和NMOS管M7的源极，源极连接PMOS管M2的源极和M0的漏极；M0的栅极连接偏置电压Bbias1；M2的栅极连接输入电压Vin，漏极连接NMOS管M7和NMOS管M8的源极，M7的漏极连接PMOS管M5的漏极和M3的栅极；M8的漏极连接PMOS管M6的漏极，且连接端作为所述运算放大器的输出电压Vout；M5和M6的栅极相连，且连接偏置电压Bbias4；M7和M8的栅极相连，且连接偏置电压Bbias3；M10和M11的栅极相连，且连接偏置电压Bbias2。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯光电探测器的大动态范围读出电路，其特征在于，所述电压比较模块包括比较器和反相器，所述比较器的负相输入端连接所述积分模块的输出端的积分电压Vout1，所述比较器的正相输入端连接阈值电压，所述比较器将所述积分电压Vout1与所述阈值电压Vth进行比较，将所述积分模块的积分电压Vout1和阈值电压Vth比较之后，会输出一个逻辑信号“1”或“0”；所述比较器的输出端连接所述开关选择模块；所述反相器的输入端连接所述比较器的输出端，所述反相器的输出端连接所述开关选择模块；其中，所述积分电压Vout1作为输出电压Vout。

6.根据权利要求5所述的一种石墨烯光电探测器的大动态范围读出电路，其特征在于，所述比较器包括五个NMOS管和六个PMOS管；其中，NMOS管M21、NMOS管M30和NMOS管M31的源极接地GND；PMOS管M28、PMOS管M24、PMOS管M26、PMOS管M27、PMOS管M25和PMOS管M29的源极连接电源电压VDD；M21的栅极连接偏置电压Vbias，漏极连接NMOS管M22的源极和NMOS管M23的源极，M22的栅极连接电压Vi1，M23的栅极连接电压Vi2；M22的漏极连接M28、M24、M27的漏极以及M24和M26的栅极；M23的漏极连接M29、M25、M26的漏极以及M25和M27的栅极；M28的漏极连接M30的漏极和栅极，M30的漏极和栅极短接；M29的漏极连接M31的漏极，M29与M31的连接端作为输出电压Vout。