專利名稱：用于讀取電荷的設(shè)備以及包括該設(shè)備的檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電荷讀取領(lǐng)域，所述電荷例如在檢測(cè)器的基本光檢測(cè)器 中、特別是光電二敗管中產(chǎn)生。
背景技術(shù)：
已知在檢測(cè)電磁輻射時(shí)使用基本光檢測(cè)器，特別是光電二極管。入射 到光電二統(tǒng)管上的電磁輻射確實(shí)會(huì)在其中產(chǎn)生電荷.所述電荷通常被收集 并積聚在存儲(chǔ)電容中，從而以后能夠讀取這些電荷。
圖1示出了用于讀M入射到矩陣檢測(cè)器的光電4管12上的"RE" 紅外輻射的作用下而在其中產(chǎn)生的電荷的讀取電路10。讀取電路10常規(guī) 地包括用于存儲(chǔ)在光電二極管12中產(chǎn)生的電荷的輸入級(jí)14以及用于讀取 存儲(chǔ)的電荷的讀取級(jí)16。
輸入級(jí)12包括注入n溝道MOS晶體管18和存儲(chǔ)電容器20。注入晶 體管源極18連接到光電二fel管12的端子22，此外光電二板管12的第二 端子24連接到恒定電勢(shì)，例如接地。已知注入晶體管18的功能是使光電 二極管12極化并將其中產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)電容器20中，存儲(chǔ)電容器 20的一個(gè)端子26連接到晶體管18的漏極而另一個(gè)端子28接地。
輸入級(jí)12還包括初始化p溝道MOS晶體管29，初始化p溝道MOS 晶體管29的漏極連接到存儲(chǔ)電容器20的端子26而源極連接到等于Vdda -Vsat的恒定電勢(shì)"V + ",其中"Vdda"是讀取電路10的恒定預(yù)設(shè)供 電電壓，"Vsat"是晶體管29的飽和電壓。已知初始化晶體管29的功能 是在存儲(chǔ)電容器20中積聚電荷之前對(duì)存儲(chǔ)電容器20進(jìn)行放電。
讀取級(jí)16包括開關(guān)30、讀取電容器36、初始化p溝道MOS晶體管 42以及電荷預(yù)放大器44。開關(guān)30連接到存儲(chǔ)電容器20的端子26并例如 由n溝道MOS晶體管32和p溝道MOS晶體管34組成，讀取電容器36 的一個(gè)端子38連接到開關(guān)30而另一個(gè)端子40接地，初始化p溝道MOS 晶體管42的源極連接到恒定電勢(shì)"V + "而漏極連接到讀取電容器36的端子38。
預(yù)放大器44例如包M算放大器46、第一 n溝道MOS晶體管48 以及第二 n溝道MOS晶體管50。第一 n溝道MOS晶體管48的柵極連 接到讀取電容器36的端子38而漏極連接到放大器46的第一輸入端子； 第二 n溝道MOS晶體管50的漏極連接到第一晶體管的源極，第二 n溝 道MOS晶體管50的源極連接到放大器46的第二輸入端子，第二 n溝道 MOS晶體管50的柵極接收與光電4管12所屬的矩陣檢測(cè)器列相對(duì)應(yīng) 的地址信號(hào)"@"。
在運(yùn)行中，注入晶體管18使光電二極管12極化，在所述光電二極管 中產(chǎn)生的電荷存儲(chǔ)在電容器20中，電容器20先前通過初始化晶體管29 放電，而且開關(guān)30斷開。
一旦過去預(yù)設(shè)的暴露時(shí)間，開關(guān)30就閉合。然后電容器20中存儲(chǔ)的 電荷轉(zhuǎn)移到先前通過晶體管42初始化了的讀取電容器36，然后被預(yù)放大 器44放大以便傳送到例如總線上。
在存儲(chǔ)電容器20和讀取電容器36的每一個(gè)中能夠存儲(chǔ)的總電荷Q 根據(jù)關(guān)系式Q-CV確定，其中C是電容器的電容，V是電容器端子處的 電壓，該電壓在本例中基本上等于"Vdda-Vsat"。
為了提高總存儲(chǔ)電荷Q，例如為了提高檢測(cè)器動(dòng)態(tài)范圍或改善檢測(cè)器 的信噪比，必須提高電容器20、 36的電容C和/或其端子處的電壓V。
目前已知，電荷讀取電路與矩陣檢測(cè)器的每個(gè)光電二極管相關(guān)聯(lián)，使 得通常在較小表面上形成所述電路，特別是由于小型化的原因。由于電容 器的電容C取決于分配給電容器的表面，所以提高電容與小型化準(zhǔn)則矛 盾。
而且，提高電容器端子處的電壓涉及使晶體管18、 29、 42、 48、 50 經(jīng)受更高的電壓。事實(shí)上，晶體管通常被設(shè)計(jì)為在預(yù)設(shè)的最大電壓下工作 以便保證這些元件的可靠性。為了提高電容器端子處的電壓以便提高總的 可存儲(chǔ)電荷，必須使MOS晶體管18、 29、 42、 48、 50經(jīng)受減少其壽命、 甚至可能破壞它們的電壓約束。事實(shí)上，晶體管18、 29、 42、 48、 50的 最大工作電壓確定在電容器20、 36的端子處能夠施加的最大電壓。

發(fā)明內(nèi)容
4本發(fā)明的目的是通過提出一種電荷讀取設(shè)備來解決上述問題,該電荷 讀取設(shè)備的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔而緊湊，并且允許提高在電容器中能夠存儲(chǔ)的總電 荷，而無(wú)需使晶體管經(jīng)受大電壓約束。
為此，本發(fā)明的目的是一種用于讀取電荷的設(shè)備，包括用于接收電荷
的輸入端、用于存儲(chǔ)電荷的至少一個(gè)電容器以及至少一個(gè)基于MOS晶體 管的電路，所逸基于MOS晶體管的電路的最大工作電壓決定所述至少一 個(gè)電容器的端子處的最大電壓。
根據(jù)本發(fā)明，所述或每個(gè)基于MOS晶體管的電路由共射共基放大器 布置(caseode畫mounted)的晶體管構(gòu)成。
已知"共射共基故大器布置"的晶體管是指串行連接的晶體管，一 個(gè)晶體管的漏極連接到另 一個(gè)晶體管的源極。
換句話說，該電荷讀取設(shè)備的MOS晶體管(其工作電壓限制能夠在 電容器的端子處施加的電壓)與至少一個(gè)其他MOS晶體管進(jìn)行共射共基 放大器布置。
因此每個(gè)晶體管在其端子處經(jīng)受較低電壓。例如，對(duì)于兩個(gè)共射共基 放大器布置的晶體管的組合體，每個(gè)晶體管經(jīng)受施加到該組合體的總電壓 的一半。由于這樣的組合體的最大工作電壓大于單個(gè)晶體管的最大電壓， 所以可以提高電容器的端子處的電壓，而無(wú)需使晶體管經(jīng)受可能引起損壞 的電壓約束。
因此，晶體管的共射共基故大器布置用于降低每個(gè)晶體管的端子處的 電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別實(shí)施例，該基于MOS晶體管的電路是注入電 路，該注入電路用于使連接到輸入端的光檢測(cè)器極化以及用于將在輸入端 接收到的電荷轉(zhuǎn)移到至少一個(gè)電容器，所述注入電路包括兩個(gè)共射共M 大器布置的MOS晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別實(shí)施例，該基于MOS晶體管的電路是至少一 個(gè)電容器的初始化電路，所述初始化電路包括兩個(gè)共射共基故大器布置的 MOS晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別實(shí)施例，該基于MOS晶體管的電路是電荷預(yù) 放大器，該電荷預(yù)放大器包括由共射共基故大器布置的MOS晶體管所形 成的輸入級(jí)。 5本發(fā)明的又一個(gè)目的是一種檢測(cè)器，包括能夠在入射的輻射的作用下 產(chǎn)生電荷的多個(gè)基本光檢測(cè)器，該檢測(cè)器包括與l^ib險(xiǎn)測(cè)器中的每個(gè)相 關(guān)聯(lián)的、根據(jù)前面所描述的設(shè)備的用于讀取基本ib險(xiǎn)測(cè)器產(chǎn)生的電荷的設(shè) 備。
換句話說，本發(fā)明可有利地用于以下檢測(cè)器通常包括用于讀取在檢 測(cè)器的^J^光檢測(cè)器中產(chǎn)生的電荷的電路。提高電容器端子處的電壓尤其 允許提高檢測(cè)器動(dòng)態(tài)范圍及檢測(cè)器的信噪比，同時(shí)保持長(zhǎng)的晶體管壽命周 期。


通過閱讀僅以示例方式并結(jié)合附圖給出的下面的描述可更好地理解 本發(fā)明，在附圖中相同的標(biāo)號(hào)指示相同或相似的元件，在附圖中
—圖1是與光電二極管相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)有技術(shù)讀取電路的示意圖，在前面 部分中描述了所述電路；以及
—圖2是根據(jù)本發(fā)明的讀取電路的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖2示出了應(yīng)用于結(jié)合圖1所描述的現(xiàn)有技術(shù)讀取電路的本發(fā)明的原理。
根據(jù)本發(fā)明，圖1中的每個(gè)MOS晶體管18、 29、 42、 48和50分別 由相應(yīng)的組合體100-108替代，圖1中的每個(gè)MOS晶體管18、 29、 42、 48和50的工作電壓限制了能夠施加到電容器20、 36的端子的電壓，所 i^t目應(yīng)的組M 100-108由兩個(gè)共射共基故大器布置的同類型MOS晶 體管110 _ 128構(gòu)成，組合體100 _ 108中的每一個(gè)實(shí)現(xiàn)與其所替代的晶體 管相同的功能。
因?yàn)楣采涔不蚀笃鞑贾?，所以形成注入電路的組合體100的每個(gè)晶 體管IIO、 112經(jīng)受施加在端子22和26之間的電壓的一半。類似地，形 成存儲(chǔ)電容器20的初始化電路的組合體102的每個(gè)晶體管114、 116經(jīng)受 端子26與恒定電勢(shì)"V + "之間的電壓的一半。
類似地，晶體管118、 120、 122、 124、 126、 128經(jīng)受在其相應(yīng)的組 合體104、 106、 108的端子處施加的電壓的一半。因此可以提高讀取電路IO的供電電壓"Vdda",從而提高在電容器 20和36的端子處施加的電壓，而不會(huì)4吏在晶體管110 - 128的端子處得 到的電壓超過其最大工作電壓。例如，可以將供電電壓"Vdda"提高百 分之百。
通過這樣操作，因?yàn)樵陔娙萜鞫俗犹庪妷禾岣吡耍愿鶕?jù)關(guān)系式 Q-CV可以提高每個(gè)電容器中的電荷存儲(chǔ)容量。
顯然結(jié)合圖l和圖2所描述的讀取電路是以示例的方式給出的。應(yīng)當(dāng) 理解本發(fā)明適用于包括工作電壓受限的電容器和MOS晶體管的任意類型 電荷讀取設(shè)備，并且不管讀取電路的工作模式(尤其是"IWR"(積分同 時(shí)讀取)和"ITR"(積分然后讀取)工作模式)如何都適用。
類似地，本發(fā)明可以僅應(yīng)用于讀取電路10的輸入級(jí)14。
類似地，取決于每種應(yīng)用的特定需要，可以對(duì)于每個(gè)組合體使用多于 兩個(gè)的共射共基改大器布置的晶體管。
權(quán)利要求
1.一種用于讀取電荷的設(shè)備(10)，包括用于接收電荷的輸入端、用于存儲(chǔ)電荷的至少一個(gè)電容器(20，36)以及至少一個(gè)基于MOS晶體管(100-106)的電路，所述基于MOS晶體管(100-106)的電路的最大工作電壓決定所述至少一個(gè)電容器(20，36)的端子處的最大電壓，其特征在于，所述基于MOS晶體管的電路或每個(gè)基于MOS晶體管的電路(100-106)由共射共基放大器布置的晶體管(110-128)構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所逸基于MOS晶體管 的電路是注入電路(100 )，所述注入電路(100 )用于使連接到所述輸入 端的光檢測(cè)器(12 )極化，以及用于將在所述輸入端接收到的電荷轉(zhuǎn)移到 所述至少一個(gè)電容器(20)，所述注入電路(100)包括兩個(gè)共射共基放大 器布置的MOS晶體管(110， 112 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述基于MOS晶體管 的電路是所述至少一個(gè)電容器(20 )的初始化電路(102 )，所述初始化電 路(102 )包括兩個(gè)共射共基故大器布置的MOS晶體管(114， 116 )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述基于MOS晶體管 的電路是電荷預(yù)放大器(44)，所述電荷預(yù)放大器(44)包括由共射共基 放大器布置的MOS晶體管(122 _ 128)所形成的輸入級(jí)。
5. —種檢測(cè)器，包括能夠在入射的輻射的作用下產(chǎn)生電荷的多個(gè)基 本光險(xiǎn)測(cè)器，所逸險(xiǎn)測(cè)器包括與所U本光檢測(cè)器中的每個(gè)相關(guān)聯(lián)的、根 據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述用于讀取所述基本光檢測(cè)器產(chǎn)生的電荷的 設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于讀取電荷的設(shè)備(10)以及包括該設(shè)備的檢測(cè)器，該設(shè)備包括用于接收電荷的輸入端、用于存儲(chǔ)電荷的至少一個(gè)電容器(20，36)以及至少一個(gè)基于MOS晶體管(100-106)的電路，所述基于MOS晶體管(100-106)的電路的最大工作電壓決定至少一個(gè)電容器(20，36)的端子處的最大電壓。根據(jù)本發(fā)明，所述基于MOS晶體管的電路或每個(gè)基于MOS晶體管的電路(100-106)由共射共基放大器布置的晶體管(110-128)構(gòu)成。
文檔編號(hào)H04N5/374GK101666678SQ200910161159
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者米歇爾·澤克里 申請(qǐng)人:法國(guó)紅外探測(cè)器公司