用于InGaAs APD陣列的電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì).pdf

1、線性模式APD探測(cè)器具有后脈沖時(shí)間短、檢測(cè)恢復(fù)時(shí)間快、反偏電壓低和功耗小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于紅外激光測(cè)距成像系統(tǒng)。電流檢測(cè)電路是APD探測(cè)器和讀出電路的接口單元。在線性APD光感應(yīng)特性確定的條件下，電流檢測(cè)電路的最小檢測(cè)電流決定了系統(tǒng)可以感知的最小光子能量，對(duì)超遠(yuǎn)距離信號(hào)探測(cè)具有重要意義。隨著系統(tǒng)陣列規(guī)模的擴(kuò)大，電路面積和功耗都受到嚴(yán)格約束，高性能電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)變得更加困難。
　　本文根據(jù)工程項(xiàng)目應(yīng)用需求，針對(duì)特定線性模式AP

2、D的器件性能，在面積和功耗嚴(yán)格約束的條件下，完成兩種應(yīng)用于大規(guī)模陣列的電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì):共源輸入和共柵輸入電流檢測(cè)電路。共源輸入電流檢測(cè)電路采用的反相器級(jí)聯(lián)形式前置跨阻放大器，本身能夠自偏壓而無需設(shè)計(jì)偏壓電路，減少了版圖面積;同時(shí)，其輸入噪聲小，可以實(shí)現(xiàn)較小的最小檢測(cè)電流。針對(duì)共源輸入電流檢測(cè)電路帶寬受到APD寄生電容影響及整體功耗較大等問題，共柵輸入電流檢測(cè)電路采用RGC結(jié)構(gòu)作為前置放大器，具備偏置穩(wěn)定、頻帶寬等特點(diǎn);同時(shí)，其電壓放大

3、器模塊采用差分結(jié)構(gòu)以提高共模抑制比，有效抑制前置放大器的噪聲。
　　兩種電流檢測(cè)電路均采用TSMC0.35μm CMOS工藝完成仿真設(shè)計(jì)與流片驗(yàn)證。后仿真結(jié)果表明，共源輸入電流檢測(cè)電路的最小檢測(cè)電流為1.8μA，靜態(tài)功耗為0.89mA，版圖面積為29μm×68μm;共柵輸入電流檢測(cè)電路的最小檢測(cè)電流為1.9μA，靜態(tài)功耗為0.22mA，版圖面積為50μm×90μm。兩者分別應(yīng)用于64×64和8×8像素陣列讀出電路進(jìn)行流片驗(yàn)證。測(cè)試