一种新型栅调制读出电路结构制造技术

本发明专利技术公开一种新型栅调制读出电路结构，其包括信号读出模块、积分电容和复位开关；特征是：还包括直流偏置消除模块，所述直流偏置消除模块由暗单元、暗单元直流偏置电路、第二栅调制NMOS管和电流镜组成；所述第二栅调制NMOS管的栅端接暗单元的直流偏置电平；所述电流镜输入端与直流偏置消除模块的第二栅调制NMOS管的漏端相接，输出端与信号读出模块的第一栅调制NMOS管的漏端相接。本发明专利技术有效的消除了积分电容上的直流电流，提高了读出电路的动态范围和系统的灵敏度，同时又不会引入固定图形噪声。此外，本发明专利技术还通过引入共源共栅管的方式，使得电路能够有效的抑制短沟道效应，从而适用于先进的深亚微米集成电路制造工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型栅调制读出电路结构，属于微弱信号检测领域。
技术介绍
随着科技水平的不断提高，集成电路的工艺技术得到了发展，这为传感器及其读出电路的阵列化提供了保障。随着物联网在国民各个领域应用的不断深入，人们对信息采集系统的要求也从单个传感器转变为传感器阵列。这就要求传感器的读出电路也必须符合于大规模面阵的要求。具体表现在电路更简单，更容易实现面阵的集成的同时具有更高的灵敏度。为了适应面阵化的读出电路的需求，日本的三菱公司提出了用栅调制电路作为大规模面阵的读出电路，如图1所示(Masafumi Kimata et al. ,"SOI diode uncooled infrared plane arrays", Quantum sensing and Nanophotonic Devices III，Proc. of SPIE Vol. 6127，61270X，2006)。该栅调制电路由传感器直流偏置电路1、栅调制MOS管2、 积分电容3及MOS开关4通过导线连接组成。该结构的电路形式简单，易于大规模阵列的集成，且噪声较小。但其存在直流偏置过大，使得积分电容容易饱和，动态范围受限等问题。为了消除栅调制电路积分电容上的直流偏置电流，进一步提高读出系统的灵敏度，传统的做法是加入如图2所示的去直流电路。该栅调制电路由传感器直流偏置电路1、 栅调制MOS管2、积分电容3、M0S开关4及PMOS管5通过导线连接组成。该电路通过引入一个PMOS管作为电流源的形式，将栅调制MOS管的直流电流进行消除，使得仅有传感器产生的信号电流在积分电容上进行积分，从而提高了电路的动态范围和系统的灵敏度。然而三菱的栅调制读出电路即使用PMOS管来去除直流，因为PMOS与NMOS不匹配的原因，也无法有效的消除栅调制MOS管所产生的直流电流。且不易给PMOS管一个准确的栅压，导致固定图形噪声的产生，将降低整个阵列系统的性能。此外，随着面阵规模越来越大，读出电路也必然采用更先进的集成电路生产工艺。 更先进的生产工艺意味着MOS管更小的特征尺寸，这将无法避免的引入短沟道效应。而图 1和图2两种电路无法有效的抑制短沟道效应，将无法适用于先进的深亚微米集成电路工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种新型栅调制读出电路结构， 该电路能有效的消除了积分电容上的直流电流，有效的提高了读出电路的动态范围和系统的灵敏度的同时又不会引入固定图形噪声。按照本专利技术提供的技术方案，一种新型栅调制读出电路结构包括信号读出模块、 积分电容和复位开关，所述信号读出模块由传感器、传感器直流偏置电路和第一栅调制 NMOS管组成；所述信号读出模块的传感器直流偏置电路与传感器的输出端相连，为传感器提供直流电流偏置；所述信号读出模块的第一栅调制NMOS管的栅端为输入端接传感器的输出端，将传感器的输出电压转化为电流在漏端输出；漏端接积分电容，所述积分电容上级板与信号读出模块的第一栅调制NMOS管漏端相接实现信号电流的积分；所述复位开关的一端接积分电容的上级板，另一端接参考电平，特征是还包括直流偏置消除模块，所述直流偏置消除模块由暗单元、暗单元直流偏置电路、第二栅调制NMOS管和电流镜组成；所述直流偏置消除模块的暗单元直流偏置电路为暗单元提供直流偏置；并和暗单元一起为直流偏置消除模块的第二栅调制NMOS管提供静态工作点；所述直流偏置消除模块的第二栅调制NMOS管的栅端接暗单元的直流偏置电平， 漏端输出直流偏置电流，源端接参考电平；所述电流镜将直流偏置消除模块的第二栅调制NMOS管提供的电流沉形式的直流电流转换为电流源形式的直流电流；所述电流镜输入端与直流偏置消除模块的第二栅调制NMOS管的漏端相接，输出端与信号读出模块的第一栅调制NMOS管的漏端相接。作为本专利技术的进一步改进，所述暗单元直流偏置电路和传感器直流偏置电路为同结构电路，具有相同的特性。作为本专利技术的进一步改进，所述暗单元和传感器具有相同的特性，使得直流偏置消除模块的第二栅调制NMOS管和信号读出模块的第一栅调制NMOS管具有一样的直流工作状态。作为本专利技术的进一步改进，所述电流镜由PMOS管组成。作为本专利技术的进一步改进，所述复位开关采用CMOS开关，所述复位开关由CMOS传输门实现，以消除电荷注入和时钟馈通效应。作为本专利技术的进一步改进，所述复位开关的控制端接时钟信号CLK，反相控制端接反相时钟信号@。本专利技术与已有技术相比具有以下优点本专利技术结构简单、紧凑，合理；通过引入一个由暗单元进行偏置的栅调制MOS管， 并用电流镜将该管的直流偏置进行镜像，从而提供了一个与传感器的栅调制MOS管的直流电流大小一样的直流偏置电流，有效的消除了积分电容上的直流电流，可有效的提高了读出电路的动态范围和系统的灵敏度的同时又不会引入固定图形噪声。此外，本专利技术还通过引入共源共栅管的方式，使得电路能够有效的抑制短沟道效应，从而适用于先进的深亚微米集成电路制造工艺。附图说明图1为已有技术中栅调制读出电路示意图。图2为加入传统的去直流电路后的栅调制读出电路示意图。图3为本专利技术的新型栅调制读出电路示意图。具体实施例方式下面本专利技术将结合附图中的实施例作进一步描述如图3所示，本专利技术是一种新型的栅调制读出电路结构，由信号读出模块、直流偏置消除模块、积分电容3和复位开关4组成。其中信号读出模块由传感器6、传感器直流偏置电路1和第一栅调制NMOS管2组成。直流偏置消除模块由暗单元7、暗单元直流偏置电路8、第二栅调制NMOS管和电流镜5组成。复位开关4由互补的NMOS和PMOS管组成的传输门实现。所述信号读出模块的传感器直流偏置电路1与传感器6的输出端相连，为传感器提供直流电流偏置，使得传感器能正常工作。传感器正常工作时，其输出端提供一直流偏置电平Vrefl，为信号读出模块的第一栅调制NMOS管2提供静态工作点；信号读出模块的第一栅调制NMOS管2的栅端为输入端，漏端为输出端，源端接参考电平VSS ；其输入端接传感器6的输出端，将传感器6的输出电压转化为电流在漏端输出；漏端接积分电容3，将直流偏置电流和信号电流同时输出到积分电容；源端的参考电平VSS用来调节第一栅调制NMOS 管2的状态，以保证第一栅调制NMOS管2处于饱和区；所述直流偏置消除模块的暗单元直流偏置电路8为暗单元7提供直流偏置，并和暗单元7 —起为直流偏置消除模块的栅调制NMOS管提供静态工作点(在本领域中，暗单元与参考单元为相近术语，在特殊应用，如红外成像中可等同，为公众公知技术术语)；暗单元直流偏置电路8和传感器直流偏置电路1为同结构电路，具有相同的特性。暗单元7和传感器6也具有相同的特性，使得直流偏置消除模块B的NMOS管和信号读出模块的NMOS 管具有一样的直流工作状态。所述直流偏置消除模块的第二栅调制NMOS管9的栅端接暗单元7的直流偏置电平Vrefl，漏端输出直流偏置电流，源端接参考电平VSS;直流偏置消除模块的第二栅调制 NMOS管9与信号读出模块的第一栅调制NMOS管2版图布局完全一致，具有相同特性。因为两个管子的直流工作状态相同，管子结构相同，故其输出的直流电流具有相同的值。电流镜 5将直流偏置消除模块的第二栅调制NMOS管提供的电流沉形式的直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄卓磊，王玮冰，
申请(专利权)人：江苏物联网研究发展中心，
类型：发明
国别省市：