隨著熒光檢測技術(shù)在生命科學領(lǐng)域應用越來越廣泛,弱光信號的探測需求越來越大,基于CMOS圖像傳感器的電容反饋跨阻放大器（Capacitive Trans-impedance Amplifier,CTIA）型讀出電路,具有片上集成、高增益、低噪聲和通量大等諸多優(yōu)點。但在傳統(tǒng)的讀出電路中,弱光信號受到光電二極管偏置電壓引起的暗電流和非線性影響,將直接制約熒光檢測讀出電路的精度與信噪比,因此傳統(tǒng)的讀出電路已無法滿足熒光檢測的根本需求。為了改善熒光檢測的系統(tǒng)性能,本文主要針對CTIA型讀出電路系統(tǒng)架構(gòu)進行驗證,詳細闡述了CTIA型讀出電路系統(tǒng)的工作原理,并重點針對噪聲性能進行理論分析。在CTIA電路中,一種新型雙增益結(jié)構(gòu)被提出,通過增益開關(guān)控制低增益模式（Low Gain,LG）和高增益模式（High Gain,HG）。同時在深阱工藝下設(shè)計的T型開關(guān)有效地降低開關(guān)漏電流。在采樣電路系統(tǒng)中,相關(guān)雙采樣（Correlated Double Sampling,CDS）電路緊跟在單端輸出積分電路后面構(gòu)成降噪電路,通過減小系統(tǒng)失調(diào)和低頻噪聲實現(xiàn)高精度和低噪聲。同時CDS電路也作為采樣保持電路輸出有效信號,... 

【文章來源】：東南大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

T結(jié)構(gòu)與CTIA結(jié)構(gòu)輸出信噪比與輸入光強的關(guān)系

圖 2.14 相關(guān)雙采樣對模擬信號處理的幅頻特性結(jié)出相關(guān)雙采樣技術(shù)對噪聲傳遞的重要性質(zhì)：滿足 m=0，2，4，……時，1-cos(m )=0，這些噪聲將被滿足 m=1，3，5，……時，1-cos(m )=2，這些噪聲受到個周期的噪聲被傳遞。滿足 m<1 時，K(fn)隨著頻率 fn的下降而快速衰減。當 m有效地降低低頻噪聲。滿足 m>1 時，每次相關(guān)雙采樣至多只傳送一個周期的噪減小的速度還和電路帶寬有關(guān)，帶寬越小，減小的速度就 CDS 電路處理后，遠離信號的低頻噪聲幾乎不存在。只有噪聲離信號越遠，噪聲越小。

式（3.13）中 fT4為晶體管 M4 的截止頻率，可以看出非主極點的頻率由 M4 截止頻率和電流因子B 決定。所以 B 被限定了最大值，一般設(shè)計為 3~5，本文取 B=4。此外，對于電流鏡（M7-M10）可以允許一個很大的輸出擺幅，輸出電壓大約可以達到電源電壓減 0.4V，這完全滿足擺幅的設(shè)計需求。另外為了能得到較好的帶寬性能，M4 和 M6 不得不用高速晶體管，這意味著電流鏡器件的 必須很大，L 相對較小。電路的供電統(tǒng)一由一個基準源產(chǎn)生，有利于降低系統(tǒng)誤差。該運放的偏置由帶隙基準電壓提供 15μA 電流。（a）直流增益和單位增益帶寬 （b）外部正負壓擺率

【參考文獻】：
期刊論文
[1]微光CMOS圖像傳感器讀出電路研究[J]. 徐星,陳世軍.  電子設(shè)計工程. 2015(08)
[2]CMOS斬波穩(wěn)定放大器的分析與研究[J]. 楊銀堂,賀斌,朱樟明.  電子器件. 2005(01)
[3]幾種相關(guān)雙采樣拓撲電路分析[J]. 佟首峰,阮錦,郝志航.  半導體光電. 2000(05)

博士論文
[1]應用于生物芯片中的CMOS熒光檢測系統(tǒng)的設(shè)計和研究[D]. 劉楠.復旦大學 2008

碩士論文
[1]基于CTIA的讀出電路的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 曲建國.西安理工大學 2008



本文編號：3487448