[发明专利]用于读取电荷的设备以及包括该设备的检测器

说明书

技术领域

本发明涉及电荷读取领域，所述电荷例如在检测器的基本光检测器中、特别是光电二极管中产生。

背景技术

已知在检测电磁辐射时使用基本光检测器，特别是光电二极管。入射到光电二极管上的电磁辐射确实会在其中产生电荷。所述电荷通常被收集并积聚在存储电容中，从而以后能够读取这些电荷。

图1示出了用于读取在入射到矩阵检测器的光电二极管12上的“RE”红外辐射的作用下而在其中产生的电荷的读取电路10。读取电路10常规地包括用于存储在光电二极管12中产生的电荷的输入级14以及用于读取存储的电荷的读取级16。

输入级12包括注入n沟道MOS晶体管18和存储电容器20。注入晶体管源极18连接到光电二极管12的端子22，此外光电二极管12的第二端子24连接到恒定电势，例如接地。已知注入晶体管18的功能是使光电二极管12极化并将其中产生的电荷转移到存储电容器20中，存储电容器20的一个端子26连接到晶体管18的漏极而另一个端子28接地。

输入级12还包括初始化p沟道MOS晶体管29，初始化p沟道MOS晶体管29的漏极连接到存储电容器20的端子26而源极连接到等于Vdda-Vsat的恒定电势“V+”，其中“Vdda”是读取电路10的恒定预设供电电压，“Vsat”是晶体管29的饱和电压。已知初始化晶体管29的功能是在存储电容器20中积聚电荷之前对存储电容器20进行放电。

读取级16包括开关30、读取电容器36、初始化p沟道MOS晶体管42以及电荷预放大器44。开关30连接到存储电容器20的端子26并例如由n沟道MOS晶体管32和p沟道MOS晶体管34组成，读取电容器36的一个端子38连接到开关30而另一个端子40接地，初始化p沟道MOS晶体管42的源极连接到恒定电势“V+”而漏极连接到读取电容器36的端子38。

预放大器44例如包括运算放大器46、第一n沟道MOS晶体管48以及第二n沟道MOS晶体管50。第一n沟道MOS晶体管48的栅极连接到读取电容器36的端子38而漏极连接到放大器46的第一输入端子；第二n沟道MOS晶体管50的漏极连接到第一晶体管的源极，第二n沟道MOS晶体管50的源极连接到放大器46的第二输入端子，第二n沟道MOS晶体管50的栅极接收与光电二极管12所属的矩阵检测器列相对应的地址信号“@”。

在运行中，注入晶体管18使光电二极管12极化，在所述光电二极管中产生的电荷存储在电容器20中，电容器20先前通过初始化晶体管29放电，而且开关30断开。

一旦过去预设的暴露时间，开关30就闭合。然后电容器20中存储的电荷转移到先前通过晶体管42初始化了的读取电容器36，然后被预放大器44放大以便传送到例如总线上。

在存储电容器20和读取电容器36的每一个中能够存储的总电荷Q根据关系式Q＝CV确定，其中C是电容器的电容，V是电容器端子处的电压，该电压在本例中基本上等于“Vdda-Vsat”。

为了提高总存储电荷Q，例如为了提高检测器动态范围或改善检测器的信噪比，必须提高电容器20、36的电容C和/或其端子处的电压V。

目前已知，电荷读取电路与矩阵检测器的每个光电二极管相关联，使得通常在较小表面上形成所述电路，特别是由于小型化的原因。由于电容器的电容C取决于分配给电容器的表面，所以提高电容与小型化准则矛盾。

而且，提高电容器端子处的电压涉及使晶体管18、29、42、48、50经受更高的电压。事实上，晶体管通常被设计为在预设的最大电压下工作以便保证这些元件的可靠性。为了提高电容器端子处的电压以便提高总的可存储电荷，必须使MOS晶体管18、29、42、48、50经受减少其寿命、甚至可能破坏它们的电压约束。事实上，晶体管18、29、42、48、50的最大工作电压确定在电容器20、36的端子处能够施加的最大电压。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种电荷读取设备来解决上述问题，该电荷读取设备的设计简洁而紧凑，并且允许提高在电容器中能够存储的总电荷，而无需使晶体管经受大电压约束。

为此，本发明的目的是一种用于读取电荷的设备，包括用于接收电荷的输入端、用于存储电荷的至少一个电容器以及至少一个基于MOS晶体管的电路，所述基于MOS晶体管的电路的最大工作电压决定所述至少一个电容器的端子处的最大电压。

根据本发明，所述或每个基于MOS晶体管的电路由共射共基放大器布置(cascode-mounted)的晶体管构成。