[发明专利]一种用于光电转换的积分电路

说明书

本发明公开了一种用于光电转换的积分电路，复位相位时，第一级运放电路将DL信号线上的寄生电容复位至积分参考电压，第二级运放电路通过第二电容把输出电压钳位到与积分参考电压接近的电压；积分相位时，积分电容与所述第一级运放电路以及第二级运放电路共同构成积分反馈结构。本发明实现了积分电路的低噪声、低功耗、并且能够适用于电子和空穴积分以及在各个相位都能稳定工作的积分器电路。

技术领域

本发明涉及光电二极管成像阵列领域，更具体地说，它涉及一种用于光电转换的积分电路。

背景技术

光电成像阵列：光敏二极管是由N型半导体和P型半导体构成的PN结，工作时加反向偏压，在光照下产生电荷，产生的电荷量和入射的光强成正比。由多个光敏二极管构成的阵列结构可用于成像。阵列曝光后，二极管上产生的电荷量反映图像的信息。二极管阵列可以用多种工艺和器件来实现，比如非晶硅平板、CMOS平板，以及有分立的二极管构成的阵列。读出电路：光电二极管阵列产生的信号通过读出电路将每个像素的模拟信号转换成数字信号。二极管阵列的电荷信息采用逐行读出方式，每一列二极管共用一个积分器电路。首先通过积分器将二极管中的电荷转换成电压，积分器输出电压经过ADC转换成数字信号，数字信号处理重建出图像的信息。

现有技术中的积分器电路结构，存在以下的缺点：

(1)DL上的寄生电容最高可能到200pF，当复位开关闭合时，积分器电容复位，OP连接成单位增益结构，将寄生电容也复位到积分参考电压。寄生电容成为运放的负载电容，为了保证反馈环路的稳定，需要将米勒补偿电容增加到非常大的值，或者增大OP第二级的偏置电流，前者不仅会显著增大面积，另外在正常积分时也会严重限制积分器的速度，除此之外，多个积分器同时工作时，电源电压也需要对米勒补偿电容充电，导致电源上的电压波动较大；而后者这会显著增加每个积分器的功耗。

(2)如果OP的积分参考电压在较大范围内变化，运放的第一级和第二级都采用相同的5V电压，运放的第一级不管采用PMOS管输入还是NMOS管输入都难以满足要求，一种方案是同时采用NMOS管和PMOS管来作为第一级运放的输入，这样不仅增加了噪声，电路结构也更加复杂，电子积分时只有PMOS管工作，NMOS管不工作；空穴积分时只有NMOS管工作，PMOS管不工作；两种模式下积分器的噪声特性存在差异。

(3)为了降低运放的噪声，需要增大第一级的偏置电流，然而增大第一级的偏置电流之后，第一级输出端的极点向高频移动，更难以保证反馈环路的稳定性。电流增大后，功耗也随之增加。

由于积分器运放设计需要同时满足低功耗、低噪声要求，同时在输入端存在较大寄生电容时还要保证环路稳定工作，还需要同时满足电子和空穴积分模式，而传统结构很难满足；因此本发明提出一种积分器电路结构，解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于光电转换的积分电路，实现了积分电路的低噪声、低功耗、能够适用于电子和空穴积分以及在各个相位都能稳定工作的积分器电路。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于光电转换的积分电路，包括第一级运放电路、第二级运放电路、米勒补偿电容、积分电容、第一电容、第七开关、第八开关、积分参考电压以及DL信号线；DL为积分器输入端，OUT为积分器输出端，也是第二级运放电路输出端；所述DL信号线为多个光电二极管共用的信号线，该信号线上所有对地的寄生电容用Cpar表示；所述第一级运放电路包括第一nmos管、第二nmos管、第一电阻、第二电阻，第一pmos管、第二pmos管、第三pmos管、第四pmos管、第五pmos管、第一开关、第二开关、第九开关，第一电源电压、第一接地电压、第一偏置电压、第二偏置电压；所述第二级运放电路包括第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管、第六pmos管、第七pmos管、第八pmos管、第二电容、偏置电流、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第二电源电压、第二接地电压，第三偏置电压，第四偏置电压；