2×8低噪声InGaAs／InP APD读出电路设计

2×8低噪声InGaAs／InP APD 读出电路设计

0 引言在红外通信的1 310～1 550 nm 波段，高灵敏度探测材料主要有Ge―APD和InGaAs／InP APD，两者相比较，InGaAs／InP APD 具有更高的量子效率和更低的暗电流噪声。In0.53Ga0.47As／InP APD 采用在n+-InP 衬底上依次匹配外延InP 缓冲层、InGaAs 吸收层、InGaAsP 能隙渐变层、InP 电荷层与InP 顶层的结构。APD 探测器的最大缺点是暗电流相对于信号增益较大，所以设计APD 读出电路的关键是放大输出弱电流信号，限制噪声信号，提高

信噪比。选择CTIA 作为读出单元，CTIA 是采用运算放大器作为积分器的运放积分模式，比较其他的读出电路，优点是噪声低、线性好、动态范围大。1 工作时序和读出电路结构作为大阵列面阵的基础，首先研制了一个2×8读出电路，图1 给出了该电路的工作时序，其中Rl、R2 为行选通信号；Vr 为复位信号；SHl、SH2 是双采样信号；C1、C2、…、C8 为列读出信号。电路采用行共用的工作方式，R1 选通(高电平)时，第一行进行积分，SH1 为高电平时，电路进行积分前采样，SH2 为高电平时，进行积分结束前的采样，

C1、C2、…、C8 依次为高电平，将行上的每个像元上信号输出；然后R2 为高电平，重复上面的步骤，进行第二行的积分和读出。

图2 是2×8读出电路的结构框图，芯片主要由行列移位寄存器、CTIA 和CDS 单元组成，图中用虚线框表示：移位寄存器单元完成行列的选通，CTIA

功能块将探测器电流信号按行进行积分，CDS 功能块能抑制电路的噪声，如KTC(复位噪声)、FPN(固定图形噪声)等；FPGA 主要产生复位信号(Vr)和采样

信号(SH1、SH2)，触发电路的复位和采样动作，C8 为该组信号的触发信号，

解决和芯片内行列选通信号同步问题。