[实用新型]光电二极管成像阵列的读出电路

说明书

本实用新型公开了光电二极管成像阵列的读出电路，涉及光电成像阵列读出电路，解决了MUX buffer的设计限制导致信号链路性能受限制的问题。本实用新型包括接入光电二极管阵列输出信号的多积分器通道，在每个积分器通道中，积分器输出端依次串联采样保持电路、SUBADC，MUX开关，采样保持电路采样积分器输出，SUBADC将积分器输出粗量化产生高位数字输出信号，在MUX逻辑电路控制下，采样保持电路输出、SUBADC粗量化输出和残差放大器输入端连接，残差放大器输出接后级ADC。本实用新型降低了读出电路的功耗和噪声，电路结构更简单，减小读出电路噪声和失调。

技术领域

本实用新型涉及光电成像阵列读出电路，具体涉及光电二极管成像阵列的读出电路。

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。

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读出电路。首先通过积分器将二极管中的电荷转换成电压，再通过ADC转换成数字信号，经过数字信号处理重建出图像的信息。

在已有的读出电路中，ADC要求16位以上的精度，如果每个积分器都用一个ADC，整体的功耗和芯片面积都将显著增大。

MUXbuffer：一般采用开关电容电路，在时序控制下依次将多个采样保持电压输出，并为ADC输入提供足够的驱动能力，MUXbuffer的设计存在以下的限制：

(a)ADC的精度为高于16位，MUXbuffer的环路增益大于65536，也就是96dB。在大输出电压范围下获得高增益，至少需要采用两级放大器结构，增加了电路结构的复杂度和功耗。

(b)假设ADC的采样时钟周期为T，在T/2时间内MUXbuffer的输出要稳定到16位精度以上，假设MUXbuffer为单极点，其时间常数为τ，则需要满足τ0.045T，低时间常数导致较大的功耗。

(c)由于积分器的输出电压范围大，MUXbuffer在大信号瞬态响应时需要具备良好的摆率性能，输出端才能快速稳定，这也需要增大放大器的偏置电流，导致功耗增大。

(d)为了获得更快的速度，需要减小采样保持电容，导致KT/C噪声增加，另外MUXbuffer的放大器也会贡献热噪声和1/f噪声，增加了信号链路的总噪声。增大电容可以减小噪声，但是也需要增大功耗。

(e)不同积分器的采样保持的开关电荷注入误差，以及运放的失调电压都会导致MUXbuffer的输出存在失调，即使采用auto-zeroing技术也并不能完全消除通道之间的失调误差，导致信号链路的精度下降。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：在读出电路中，多路积分器输出复用一个MUXbuffer驱动ADC时，MUX buffer对功耗、噪声、失调等性能的限制，即现有的光电二极管成像阵列读出电路采用MUX buffer将多路积分器的采样保持电压输出驱动ADC输入端，信号链路性能受限制，主要表现为功耗过大，引入额外的噪声和失调。

本实用新型提供了解决上述问题的光电二极管成像阵列的读出电路。

本实用新型通过下述技术方案实现：

本实用新型的技术方案去掉信号链路中的MUX buffer，详细技术方案如下：