专利名称：用于读取电荷的设备以及包括该设备的检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电荷读取领域，所述电荷例如在检测器的基本光检测器 中、特别是光电二敗管中产生。
背景技术：
已知在检测电磁辐射时使用基本光检测器，特别是光电二极管。入射 到光电二统管上的电磁辐射确实会在其中产生电荷.所述电荷通常被收集 并积聚在存储电容中，从而以后能够读取这些电荷。
图1示出了用于读M入射到矩阵检测器的光电4管12上的"RE" 红外辐射的作用下而在其中产生的电荷的读取电路10。读取电路10常规 地包括用于存储在光电二极管12中产生的电荷的输入级14以及用于读取 存储的电荷的读取级16。
输入级12包括注入n沟道MOS晶体管18和存储电容器20。注入晶 体管源极18连接到光电二fel管12的端子22，此外光电二板管12的第二 端子24连接到恒定电势，例如接地。已知注入晶体管18的功能是使光电 二极管12极化并将其中产生的电荷转移到存储电容器20中，存储电容器 20的一个端子26连接到晶体管18的漏极而另一个端子28接地。
输入级12还包括初始化p沟道MOS晶体管29，初始化p沟道MOS 晶体管29的漏极连接到存储电容器20的端子26而源极连接到等于Vdda -Vsat的恒定电势"V + ",其中"Vdda"是读取电路10的恒定预设供 电电压，"Vsat"是晶体管29的饱和电压。已知初始化晶体管29的功能 是在存储电容器20中积聚电荷之前对存储电容器20进行放电。
读取级16包括开关30、读取电容器36、初始化p沟道MOS晶体管 42以及电荷预放大器44。开关30连接到存储电容器20的端子26并例如 由n沟道MOS晶体管32和p沟道MOS晶体管34组成，读取电容器36 的一个端子38连接到开关30而另一个端子40接地，初始化p沟道MOS 晶体管42的源极连接到恒定电势"V + "而漏极连接到读取电容器36的端子38。
预放大器44例如包M算放大器46、第一 n沟道MOS晶体管48 以及第二 n沟道MOS晶体管50。第一 n沟道MOS晶体管48的栅极连 接到读取电容器36的端子38而漏极连接到放大器46的第一输入端子； 第二 n沟道MOS晶体管50的漏极连接到第一晶体管的源极，第二 n沟 道MOS晶体管50的源极连接到放大器46的第二输入端子，第二 n沟道 MOS晶体管50的栅极接收与光电4管12所属的矩阵检测器列相对应 的地址信号"@"。
在运行中，注入晶体管18使光电二极管12极化，在所述光电二极管 中产生的电荷存储在电容器20中，电容器20先前通过初始化晶体管29 放电，而且开关30断开。
一旦过去预设的暴露时间，开关30就闭合。然后电容器20中存储的 电荷转移到先前通过晶体管42初始化了的读取电容器36，然后被预放大 器44放大以便传送到例如总线上。
在存储电容器20和读取电容器36的每一个中能够存储的总电荷Q 根据关系式Q-CV确定，其中C是电容器的电容，V是电容器端子处的 电压，该电压在本例中基本上等于"Vdda-Vsat"。
为了提高总存储电荷Q，例如为了提高检测器动态范围或改善检测器 的信噪比，必须提高电容器20、 36的电容C和/或其端子处的电压V。
目前已知，电荷读取电路与矩阵检测器的每个光电二极管相关联，使 得通常在较小表面上形成所述电路，特别是由于小型化的原因。由于电容 器的电容C取决于分配给电容器的表面，所以提高电容与小型化准则矛 盾。
而且，提高电容器端子处的电压涉及使晶体管18、 29、 42、 48、 50 经受更高的电压。事实上，晶体管通常被设计为在预设的最大电压下工作 以便保证这些元件的可靠性。为了提高电容器端子处的电压以便提高总的 可存储电荷，必须使MOS晶体管18、 29、 42、 48、 50经受减少其寿命、 甚至可能破坏它们的电压约束。事实上，晶体管18、 29、 42、 48、 50的 最大工作电压确定在电容器20、 36的端子处能够施加的最大电压。
发明内容
4本发明的目的是通过提出一种电荷读取设备来解决上述问题,该电荷 读取设备的设计简洁而紧凑，并且允许提高在电容器中能够存储的总电 荷，而无需使晶体管经受大电压约束。
为此，本发明的目的是一种用于读取电荷的设备，包括用于接收电荷
的输入端、用于存储电荷的至少一个电容器以及至少一个基于MOS晶体 管的电路，所逸基于MOS晶体管的电路的最大工作电压决定所述至少一 个电容器的端子处的最大电压。
根据本发明，所述或每个基于MOS晶体管的电路由共射共基放大器 布置(caseode画mounted)的晶体管构成。
已知"共射共基故大器布置"的晶体管是指串行连接的晶体管，一 个晶体管的漏极连接到另 一个晶体管的源极。
换句话说，该电荷读取设备的MOS晶体管(其工作电压限制能够在 电容器的端子处施加的电压)与至少一个其他MOS晶体管进行共射共基 放大器布置。
因此每个晶体管在其端子处经受较低电压。例如，对于两个共射共基 放大器布置的晶体管的组合体，每个晶体管经受施加到该组合体的总电压 的一半。由于这样的组合体的最大工作电压大于单个晶体管的最大电压， 所以可以提高电容器的端子处的电压，而无需使晶体管经受可能引起损坏 的电压约束。
因此，晶体管的共射共基故大器布置用于降低每个晶体管的端子处的 电压。
根据本发明的一个特别实施例，该基于MOS晶体管的电路是注入电 路，该注入电路用于使连接到输入端的光检测器极化以及用于将在输入端 接收到的电荷转移到至少一个电容器，所述注入电路包括两个共射共M 大器布置的MOS晶体管。
根据本发明的一个特别实施例，该基于MOS晶体管的电路是至少一 个电容器的初始化电路，所述初始化电路包括两个共射共基故大器布置的 MOS晶体管。
根据本发明的一个特别实施例，该基于MOS晶体管的电路是电荷预 放大器，该电荷预放大器包括由共射共基故大器布置的MOS晶体管所形 成的输入级。 5本发明的又一个目的是一种检测器，包括能够在入射的辐射的作用下 产生电荷的多个基本光检测器，该检测器包括与l^ib险测器中的每个相 关联的、根据前面所描述的设备的用于读取基本ib险测器产生的电荷的设 备。
换句话说，本发明可有利地用于以下检测器通常包括用于读取在检 测器的^J^光检测器中产生的电荷的电路。提高电容器端子处的电压尤其 允许提高检测器动态范围及检测器的信噪比，同时保持长的晶体管寿命周 期。
通过阅读仅以示例方式并结合附图给出的下面的描述可更好地理解 本发明，在附图中相同的标号指示相同或相似的元件，在附图中
—图1是与光电二极管相关联的现有技术读取电路的示意图，在前面 部分中描述了所述电路；以及
—图2是根据本发明的读取电路的示意图。
具体实施例方式
图2示出了应用于结合图1所描述的现有技术读取电路的本发明的原理。
根据本发明，图1中的每个MOS晶体管18、 29、 42、 48和50分别 由相应的组合体100-108替代，图1中的每个MOS晶体管18、 29、 42、 48和50的工作电压限制了能够施加到电容器20、 36的端子的电压，所 i^t目应的组M 100-108由两个共射共基故大器布置的同类型MOS晶 体管110 _ 128构成，组合体100 _ 108中的每一个实现与其所替代的晶体 管相同的功能。
因为共射共基故大器布置，所以形成注入电路的组合体100的每个晶 体管IIO、 112经受施加在端子22和26之间的电压的一半。类似地，形 成存储电容器20的初始化电路的组合体102的每个晶体管114、 116经受 端子26与恒定电势"V + "之间的电压的一半。
类似地，晶体管118、 120、 122、 124、 126、 128经受在其相应的组 合体104、 106、 108的端子处施加的电压的一半。因此可以提高读取电路IO的供电电压"Vdda",从而提高在电容器 20和36的端子处施加的电压，而不会4吏在晶体管110 - 128的端子处得 到的电压超过其最大工作电压。例如，可以将供电电压"Vdda"提高百 分之百。
通过这样操作，因为在电容器端子处电压提高了，所以根据关系式 Q-CV可以提高每个电容器中的电荷存储容量。
显然结合图l和图2所描述的读取电路是以示例的方式给出的。应当 理解本发明适用于包括工作电压受限的电容器和MOS晶体管的任意类型 电荷读取设备，并且不管读取电路的工作模式(尤其是"IWR"(积分同 时读取)和"ITR"(积分然后读取)工作模式)如何都适用。
类似地，本发明可以仅应用于读取电路10的输入级14。
类似地，取决于每种应用的特定需要，可以对于每个组合体使用多于 两个的共射共基改大器布置的晶体管。
权利要求
1.一种用于读取电荷的设备(10)，包括用于接收电荷的输入端、用于存储电荷的至少一个电容器(20，36)以及至少一个基于MOS晶体管(100-106)的电路，所述基于MOS晶体管(100-106)的电路的最大工作电压决定所述至少一个电容器(20，36)的端子处的最大电压，其特征在于，所述基于MOS晶体管的电路或每个基于MOS晶体管的电路(100-106)由共射共基放大器布置的晶体管(110-128)构成。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所逸基于MOS晶体管 的电路是注入电路(100 )，所述注入电路(100 )用于使连接到所述输入 端的光检测器(12 )极化，以及用于将在所述输入端接收到的电荷转移到 所述至少一个电容器(20)，所述注入电路(100)包括两个共射共基放大 器布置的MOS晶体管(110， 112 )。
3. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述基于MOS晶体管 的电路是所述至少一个电容器(20 )的初始化电路(102 )，所述初始化电 路(102 )包括两个共射共基故大器布置的MOS晶体管(114， 116 )。
4. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述基于MOS晶体管 的电路是电荷预放大器(44)，所述电荷预放大器(44)包括由共射共基 放大器布置的MOS晶体管(122 _ 128)所形成的输入级。
5. —种检测器，包括能够在入射的辐射的作用下产生电荷的多个基 本光险测器，所逸險测器包括与所U本光检测器中的每个相关联的、根 据前述权利要求中任一项所述用于读取所述基本光检测器产生的电荷的 设备。
全文摘要
本发明涉及一种用于读取电荷的设备(10)以及包括该设备的检测器，该设备包括用于接收电荷的输入端、用于存储电荷的至少一个电容器(20，36)以及至少一个基于MOS晶体管(100-106)的电路，所述基于MOS晶体管(100-106)的电路的最大工作电压决定至少一个电容器(20，36)的端子处的最大电压。根据本发明，所述基于MOS晶体管的电路或每个基于MOS晶体管的电路(100-106)由共射共基放大器布置的晶体管(110-128)构成。
文档编号H04N5/374GK101666678SQ200910161159
公开日2010年3月10日 申请日期2009年8月6日 优先权日2008年9月2日
发明者米歇尔·泽克里 申请人:法国红外探测器公司