DE69218755T2 - Ausleseverstärker für starrende Infrarotbildebenenanlage - Google Patents
Ausleseverstärker für starrende InfrarotbildebenenanlageInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft Schnittstellenschaltungen für im Infraroten (IR) arbeitende Bildebenenarrays (FPAs = Focal Plane Arrays), und speziell betrifft sie eine elektronisch durchgerasterte, gepufferte Verstärkerschaltung mit direkter Ladungsträgerinjektion (ESBDI = Electronically Scanned Buffered Direct Injection) mit gleichmäßiger Detektorvorspannung, niedriger Eingangsimpedanz und hohem Ladevermögen zum Koppeln von IR-Detektoren mit Multiplexern in starrenden FPAs mit hoher Dichte.
- Infrarotdetektorsysteme, die im spektralen Wellenlängenband (3 bis 5 µm) des mittleren Infrarot (MWIR = Medium Wavelength Infrared) arbeiten, erfordern typischerweise ausgeklügelte Nachführalgorithmen zum Auffangen großer und häufig dynamischer Änderungen hinsichtlich der Hintergrundinformation, was sich aus dem relativ hohen Kontrast und dem von der Sonne herrührenden Strahlungsanteil ergibt. Detektoren, die im bevorzugten spektralen Wellenlängenband (8 bis 12 µm Wellenlänge) des langwelligen Infrarot (LWIR = Long Wavelength Infrared) arbeiten, können dagegen dieselbe oder größere thermische Empfindlichkeit bei verringerter Signalverarbeitungskomplexität erzielen. Im Ergebnis können Erfassungs- und Nachfahrvorgänge für Infrarotstrahlung unter Verwendung kleinerer, kostenwirksamerer Sensoren mit LWIR-Bildebenenarrays erzielt werden.
- Unglücklicherweise bestehen bei LWIR-Bildebenenarrays und bei auslesenden Multiplexschaltungen Designbeschränkungen, die das Systemfunktionsvermögen ernsthaft beschränken können. Im Auslesebereich eines Bildebenenarrays muss z.B. die Schaltung der Eingangsverstärkerzelle, die jeden Detektor mit dem entsprechenden Ausleseort koppelt, mehrere Funktionen ausführen, die nur schwierig gleichzeitig in der kleinen Menge an Zellen-"Ressourcen" untergebracht werden können, wie sie typischerweise auf einem einzelnen Verarbeitungschip zur Verfügung stehen. Idealerweise sollte eine Detektor/Verstärkerzelle eines FPA folgendes beinhalten: 1) eine Detektor-Schnittstellenstufe, die für niedrige Impedanz bei gleichmäßiger Betriebsvorspannung sorgt; 2) eine große Ladungen handhabende Integrationskapazität; 3) eine Stufe für gleichmäßige Unterdrückung der Hintergrundinformation, wenn das Integrationsvermögen unzureichend ist; 4) Stufen niedriger Leistung für Pixelmultiplex- und Rücksetzvorgänge; und 5) eine Ausgangsstufe, die dazu angemessen ist, die Busleitungskapazität für anschließendes Multiplexen mit Videoraten zu betreiben.
- Im Stand der Technik wurden starrende LWIR-FPAs mit Formaten von bis zu 128 x 128 gezeigt. Diese LWIR-Vorrichtungen sind jedoch typischerweise mit herkömmlichen MWIR-Ausleseschaltungen gekoppelt, die verschiedene Mängel aufweisen, zu denen das Systemfunktionsvermögen gehört. Z.B. bewirkt die begrenzte Ladungshandhabungskapazität eine Gesamtempfindlichkeit, die nicht besser ist als die, wie sie von einem typischen MWIR-FPA erzielt wird. Dies hebt einen der Vorteile des Betriebs im LWIR-Spektralband auf. Ferner fehlt es bekannten LWIR-FPAs an Impedanzpufferung, was eine Verringerung der Detektor-Grenzwellenlänge (d.h. λc nicht größer als ungefähr 9 µm) und eine Zunahme des Festmusterrauschens (d.h. räumliches Rauschen, wie es nach dem Ausüben einer herkömmlichen Zweipunkte-Ungleichmäßigkeitkorrektur verbleibt) erzwingt. Festmusterrauschen erzeugt bei der Bilderzeugung eine sichtbare Maskierung, die Information mit niedrigem Kontrast und hoher Frequenz verdeckt, wodurch die minimal auflösbare Temperatur (MRT = Minimum Resolvable Temperature) beeinträchtigt (d.h. erhöht) ist und das Funktionsvermögen bei ungünstigen oder nachteiligen Bedingungen beeinträchtigt ist. Darüber hinaus fehlt es bekannten Vorrichtungen an der Fähigkeit, die Pixelschrittweite zu verringern und die Pixeldichte zu erhöhen. Wenn die Pixelschrittweite und die Ressource für die Detektor/Verstärker-Zelle bei bekannten Vorrichtungen verringert werden, verschlimmern sich die Funktionsbeschränkungen weiter.
- Im Stand der Technik beschreibt das Dokument WO-A-91/04633 (VLSI Vision Limited) einen Bildarraysensor in Form einer integrierten Schaltung, der CMOS-Verstarker für Gruppen von Detektorzellen beinhalten kann; das US- Patent Nr. 5,021,854 (Huth) beschreibt die Verwendung von durch Neutronenumwandlung dotiertem Silicium für ein Avalanche-Photodiodenarray; das US- Patent Nr. 4,862,002 (Wang et al) beschreibt die Erfindung von Feldeffekttransistoren zum Herstellen eines Kaskodenverstärkers für ein Array aus IR- Detektorelementen; und Bluzer et al, "Current readout of infrared detectors", OPTICAL ENGINEERING, Vol 26, Nr. 3, März 1987, beschreiben einen Leseausgang mit gepuffertem, direkt-injizierten Strom für Infrarotdetektorarrays, der für niedrige Störsignale und Gleichmäßigkeit der Schwelle konzipiert ist.
- Angesichts der aktuellen Photolithographietechnik und der beschränkten verfügbaren Chipfläche existieren unzureichende Ressourcen für die Detektor/Verstärker-Zelle für eine Ausleseschaltung mit herkömmlicher starrender Architektur zum Integrieren aller der wichtigsten Merkmale, wie niedrige Eingangsimpedanz, gleichmäßige Detektorvorspannung und zufriedenstellendes Ladungsspeichervermögen. Da jedoch für FPAs mit hoher Pixelanzahl kleine Zellen erforderlich sind, müssen integrierte Ausleseschaltungen mit vernünftigen Chipflächen und kompakter Optik, was die wichtigsten Funktionen der Ausleseschaltung sind, in einer Chipressource integriert werden, die so klein wie möglich ist. So existiert Bedarf an einer auslesenden Multiplexschaltung mit verbesserter Architektur mit Eigenschaften, die zur Verwendung in einem starrenden LWIR-FPA besser optimiert sind.
- Die Erfindung betrifft eine elektronisch durchgerasterte, gepufferte Ausleseschaltung mit direkter Ladungsträgerinjektion (ESBDI = Electronically Scanned Buffered Direct Injection) zum Koppeln von IR-Detektoren an den Signalprozessor in IR-FPAs mit hohem Funktionsvermögen.
- Vorzugsweise verwendet die Schaltung eine Pipelinearchitektur mit mehreren Busleitungen zum Verbessern der Empfindlichkeit im Vergleich mit der bei herkömmlichen Abrastersystemen.
- Die ESBDI-Schaltung gemäß Anspruch 1 umfasst einen invertierenden CMOS- Kascodeverstärker, der geringe Eingangsimpedanz und hohes Ladevermögen bringt, während er für hohe Zellendichte und hohe Empfindlichkeit in einem starrenden Bildebenenarray sorgt. Die Schaltungen werden unter Verwendung von CMOS-Bauteilen mit p-Wanne und einem durch Neutronenumwandlung dotierten (NTD = Neutron Transmutation Doped) Ausgangsmaterial hergestellt, um die Ungleichmäßigkeit des Schwellenwerts auf eine Standardabweichung ( ) von weniger als 1 mV zu kontrollieren.
- Der invertierende CMOS-Kaskodeverstärker sorgt für hohe Spannungsversorgung bei Detektorzellen hoher Dichte. Der Verstärker verwendet einen Kaskode-FET zum Stabilisieren des Verstärkerarbeitspunkts, damit er als Zugriffseinrichtung mit wenig Störsignalen für jede Zelle wirkt. Im Betrieb wird jede Eingangsverstärkerzelle durch ein Taktsignal an ihren zugeordneten Kaskode- FET eingeschaltet. Derselbe Takt gibt auch die Klemmung der Zelle frei, um eine Signalintegration zu ermöglichen. Wenn auf einen Detektor nicht zugegriffen wird, setzt der Takt die Zelle auf die Vorspannung Null, um übermäßiges Detektorrauschen und elektrisches Übersprechen zu beseitigen.
- Die Erfindung verwendet gemäß einer Ausführungsform auch diskrete Kondensatoren, die unabhängig durch eine Steuerlogik ausgewählt werden können, und/oder die zusätzliche verteilte Kapazität entlang jeder Busleitung, um bei minimalen Chipressourcen ein großes Gesamtladungsvermögen zu erzielen. Die verteilte Kapazität wird dazu verwendet, durch Licht erzeugte Ladungen einzuspeichern, statt dass sie das Schaltungsfunktionsvermögen behindert, wie dies bei bekannten Schaltungsdesigns der Fall ist. Zum Erhöhen des Integrationszeit-Taktzyklus werden mehrere Busleitungen verwendet. Für Anwendungen mit hoher Dichte, bei denen die Detektorzellenschrittweite bei starrenden FPAs auf ungefähr 25 µm oder weniger verringert ist, kann ein gemeinsamer, invertierender CMOS-Verstärker gemäß der Erfindung von einer Gruppe mehrerer Detektorzellen innerhalb eines Bereichs eines mosaikförmigen Bildebenenarrays gemeinsam genutzt werden. Bei dieser Konfiguration, die einen Detektor gemeinsam nutzt, wird eine gemeinsame Kapazität innerhalb der gemeinsam genutzten Verstärkerzelle angeordnet, um eine Integration zu ermöglichen, während andere Bereiche des FPA durch die Ausleseschaltung abgefragt werden. So wird unter Verwendung eines gemeinsam genutzten Verstärkers und einer verteilten Kapazität, die entweder innerhalb der Eingangsverstärkerzellen und/oder entlang der Busleitungen liegen kann, um das Unterarray von Detektorelementen zu bedienen, eine Detektorschnittstelle mit niedriger Impedanz mit auswählbarem Ladungsvermögen erzielt.
- Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Ausleseschnittstelle für ein IR-Bildebenenarray hoher Dichte zu schaffen. Ein Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung ist eine elektronisch durchgerasterte, gepufferte Ausleseschaltung mit direkter Ladungsträgerinjektion (ESBDI) mit einem invertierenden CMOS-Kaskodeverstärker, der mit einer verteilten Kapazität kombiniert ist. Zu Vorteilen der Erfindung gehören niedrige Eingangsimpedanz, geringe Verlustleistung, hohe Spannungsverstärkung, hohes Ladevermögen, hohe Empfindlichkeit, Gleichmäßigkeit der Schwelle sowie eine gemeinsam genutzte Verstärkerkonfiguration für starrende IR-Bildebenenarrays hoher Dichte.
- Für ein vollständigeres Verständnis der Erfindung und weiterer Vorteile derselben nimmt die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele auf die beigefügten Zeichnungen Bezug, in denen dieselben Bezugszahlen dieselben oder ähnliche Elemente in den mehreren Figuren kennzeichnen, in denen:
- Fig. 1 ein schematischer Überblick über einen Teil eines Signalprozessorchips ist, der Detektor/Verstärker-Zellen eines erfindungsgemäßen IR-Bildebenenarrays zeigt;
- Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen elektronisch durchgerasterten Ausleseschaltung ist, die für ein IR-Bildebenenarray konzipiert ist;
- Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer Verstärkereingangszelle einer erfindungsgemäßen elektronisch durchgerasterten, gepufferten Schaltung mit direkter Ladungsträgerinjektion (ESBDI = Electronically Scanned Buffered Direct Injection) ist; und
- Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen, eingebetteten, elektronisch durchgerasterten, gepufferten Schaltung mit direkter Ladungsträgerinjektion (ESBDI) für ein IR-Bildebenenarray hoher Dichte ist.
- Die Erfindung umfasst eine elektronisch durchgerasterte, gepufferte Ausleseschaltung mit direkter Ladungsträgerinjektion (ESBDI) und eine Architektur zum Koppeln eines Mosaiks von Detektoren, um dadurch ein Infrarot-Bildebenenarray (IR-FPA = Infrared Focal Plane Array) auszubilden. Ein typisches IR-FPA ist ein Hybridbauteil, das ein Mosaik von HgCdTe-Detektoren auf einem transparenten Substrat umfasst. Die Detektoren sind, mittels Kontaktflecken aus Indium, entsprechenden Eingangsverstärkerzellen eines Signalprozessors auf einem Siliciumsubstrat zugeordnet.
- Fig. 1 ist ein schematischer Überblick über einen Teil eines Signalprozessorchips 10 eines IR-FPA mit mehreren Detektorzellen mit zugeordneter Ausleseschaltung. Der Chip 10 veranschaulicht ein repräsentatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ESBDI-Schemas zum Erzielen einer hohen Dichte von Einheitszellen. Der Prozessorchip 10 umfasst mehrere Detektorzellen. Jede Detektorzelle enthält eine Detektoranschlussfläche 14 mit einem Indiumkontaktfleck 15 zur Zuordnung zu einem entsprechenden HgCdTe- Detektorpixel, um dadurch ein Hybridarray auszubilden. Jede Detektorzelle bildet einen Teil einer Eingangsverstärkerzelle, wie einer durch eine gestrichelte Linie gekennzeichneten Eingangsverstärkerzelle 12. Die Verstärkerzelle 12 umfasst die erfindungsgemäße ESBDI-Ausleseschaltung 16 sowie einen elektrischen Bus 18 zum Anschließen der Anzahl von Zellen an einen Multiplexer. Die Schrittweite einer Verstärkerzelle 12, wie durch die Abmessungen der die Zelle umgebenden gestrichelten Linie gekennzeichnet, ist ein Maß für die "Ressourcen", wie sie von jeder Detektor/Verstärker-Zelle des Signalprozessorchips 10 benötigt werden.
- Wie es in Fig. 1 veranschaulicht ist, wird die Ausleseschaltung 16 von einer Gruppe mehrerer benachbarter Detektorzellen gemeinsam genutzt, um die Zellendichte auf dem Chip 10 zu erhöhen. Dieses Design mit gemeinsam genutztem Verstärker kann in ein viel größeres, zweidimensionales Array von Detektorzellengruppen eingebettet werden, wobei jede Zellengruppe ihren eigenen Verstärker aufweist. So ist die erfindungsgemäße Architektur auf sehr große starrende FPAs erstreckbar, ohne dass hinsichtlich des Taktzyklus des Prozessors Zugeständnisse über das hinaus erfolgen, was für eine einzelne Zellengruppe erforderlich ist. Dieses Design gemäß der Erfindung steht im Kontrast zu dem bekannter optomechanisch durchgerasterter Arrays, bei denen der Taktzyklus und die Empfindlichkeit typischerweise proportional zur Größe des Arrays und des abgerasterten Bilds fallen.
- In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße ESBDI-Schaltung als schematisches Blockdiagramm veranschaulicht. Die Schaltung beinhaltet Merkmale hinsichtlich des Ausgangsmaterials aus Silicium und der Detektor-Schnittstellenarchitektur, die zusammen für niedrige Eingangsimpedanz, gleichmäßige Detektorvorspannung, hohe Dichte der Detektorzellen, hohes Ladevermögen und verbesserte Empfindlichkeit im langwelligen IR sorgen. Elektronisches Durchrastern erfolgt unter Verwendung einer robusten Festkörperelektronik zum Emulieren und Verbessern einer optomechanischen Durchrasterung, wie sie normalerweise bei Zeilenarrays unter Verwendung mechanischer Anordnungen ausgeführt wird. Fig. 2 veranschaulicht Detektorsignalintegrations- und Multiplexfunktionen für ein einfaches 2 x 4-Elementarray, bei dem zu einem jeweiligen Zeitpunkt immer zwei der vier Zeilen integrieren. Die Eingangsverstärkerzelle 12 des Detektors 11 von Fig. 2 entspricht allgemein der in Fig. 1 veranschaulichten Zelle 12. Das in Fig. 2 dargestellte Vertikalschieberegister liefert Taktsignale, die die Eingangsverstärker, wie den Verstärker 20, der einen Teil der Ausleseschaltung 16 enthält, einschalten, wodurch Signalintegration in den ausgewählten Zeilen ermöglicht ist. Das Horizontalschieberegister nimmt anschließend mit der Videorate auf Spaltenbasis einen Multiplexvorgang für die Elemente in jeder Zeile vor. Für den Betrieb des Signalprozessorchips 10 sind, wie es in der Technik wohlbekannt ist, auch externe Taktsignale (nicht dargestellt) erforderlich, wozu ein Haupttakt, ein Zeilensynchronisiertakt, ein Vollbild-Synchronisiertakt und ein Buszugriffstakt gehören.
- Der Verstärker 20, der einen invertierenden Verstärker mit Kaskodetransistor, wie z.B. einen CMOS-Kaskode-FET 30, enthält, ist schematisch in Fig. 3 veranschaulicht. Der Verstärker 20 ist so konzipiert, dass er unter Verwendung einer minimalen Anzahl von MOSFETs, um die Dichte von Verstärkerzellen in einem IR-FPA für lange Wellenlänge zu maximieren, für hohe Spannungsversorgung sorgt. Der Verstärker 20 verwendet den Kaskode-FET 30 zum Stabilisieren des Arbeitspunkts des Verstärkers, und um, in Verbindung mit einem FET-Schalter 31, der mit dem Gate eines Treiber-FET 38 verbunden ist, für Zugriff mit wenig Störsignalen für jede Detektorzelle zu sorgen. Wenn auf leerlaufende Detektoren nicht zugegriffen wird, werden diese auf die Vorspannung Null oder eine extern einstellbare Spannung geklemmt, um vorübergehende Einschaltstörungen und eine Sammlung von durch Licht erzeugten Ladungen in den aktiven Detektorelementen in Querrichtung zu minimieren, um dadurch übermäßiges Detektorrauschen und Übersprechen zu verhindern. Der Knoten Amp Bias und der FET 32 werden für einen Betrieb unter einer Schwelle eingestellt, um für niedrigen Energieverbrauch zu sorgen. Die Fähigkeit des Verstärkers 20 bei einer Vorspannung unter der Schwelle zu arbeiten und bei gleichmäßiger Detektorvorspannung zu arbeiten, rühren aus der Verwendung von durch Neutronenumwandlung dotierten (NTD = Neutron Transmutation Doped) Siliciumwafern und dem Standardprozess für CMOS-Schaltungen mit p- Wanne her. Es können mehrere Busleitungen mit jeweils einer verteilten Kapazität 33 entlang jeder Leitung dazu verwendet werden, den Integrationszeit-Arbeitszyklus zu erhöhen. Außerdem enthält der Eingangsverstärker 20 MOS-Kondensatoren 34 und 35 (LILCAP und BIGCAP), die durch eine Steuerlogik so aktiviert werden, dass unter Verwendung eines Minimums an Chipressourcen ein großes Gesamtladevermögen erzielt wird.
- Die erfindungsgemäße ESBEDI-Schaltung kann bei einer Konfiguration mit eingebettetem Verstärker verwendet werden, bei der jeder Verstärker 40 von einer Gruppe mehrerer benachbarter Detektorzellen gemeinsam genutzt wird, wie bereits in Fig. 1 dargestellt, und wie ferner in Fig. 4 dargestellt. Dieses Schema kann dazu verwendet werden, die Zellendichte zu erhöhen und die Schrittweite der Detektor/Verstärker-Zelle auf ungefähr 25 µm oder weniger zu verringern. In Fig. 4 wird der Verstärker 40 gemeinsam von einer Gruppe benachbarter Zellen (d.h. den Detektorzellen n, n+1 usw.) verwendet, die mit einem Eingangsbus verbunden sind. Jeder Detektor verfügt über seine eigene Detektorzellen-Auswahlschaltung, wie veranschaulicht. Der Verstärker 40 enthält einen MOS-Kondensator 35 (ähnlich wie der Verstärker 20). Ein Schalter 36 ist hinzugefügt, um den Verstärker 40 wahlweise mit dem Ausgangsbus zu verbinden, um dadurch eine Anzahl von Verstärkern in Multiplexweise mit dem Ausgangsbus zu verbinden. Die restlichen Komponenten des Verstärkers 40 sind im wesentlichen dieselben wie die des in Fig. 2 veranschaulichten Verstärkers 20, mit der Ausnahme, dass der Verstärker 40 von einer Gruppe benachbarter Zellen n, n+1 usw. gemeinsam genutzt wird. Um die Fähigkeiten zu zeigen, wurde ein FPA-Layout mit acht einen jeweiligen Verstärker 40 gemeinsam nutzenden Detektorzellen getestet. Unter Verwendung eines gemeinsam genutzten Verstärkers und einer verteilten Kapazität kann eine Detektorschnittstelle mit niedriger Impedanz mit wählbarem Ladevermögen für einen LWIR-FPA-Detektor hoher Dichte mit einer Schrittweite der Detektor/Verstärker-Zellen unter 30 µm konzipiert werden.
- Es sei darauf hingewiesen, dass bei der Konfiguration mit eingebettetem Verstärker gemäß Fig. 4 jeder Ausgangsbus typischerweise für viel mehr Zellen verwendet wird, als es veranschaulicht ist. Diese Konfiguration erfordert es, dass die integrierenden Kondensatoren (wie der CAP 35) innerhalb jeder Zelle mit gemeinsam genutztem Verstärker dazu ausreichen, die Ladung von einem Detektor während der Zeit einzuspeichern, in der die anderen Detektorzellengruppen über den Ausgangsbus abgefragt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist daher die Verwendung einer verteilten Kapazität entlang dem Ausgangsbus viel weniger wichtig.
- Wie oben beschrieben, umfasst die Erfindung eine Kombination von Komponenten, die für verbesserte Empfindlichkeit starrender LWIR-FPAs sorgen. Zu Schlüsselkomponenten und wichtigen Vorteilen der Erfindung gehören die folgenden: invertierende CMOS-Kaskodeverstärker mit einer begrenzten Anzahl von MOSFETs für hohe Spannungsverstärkung und hohe Zellendichte; ein Kaskode-FET in jedem Verstärker zum Stabilisieren des Arbeitspunkts des Verstärkers und um für Zugriff mit wenig Störsignalen für jede Einheitszelle zu sorgen; eine verteilte Kapazität entlang jeder Busleitung, wozu die Busleitungskapazität zuzüglich zusätzlicher diskreter Kondensatoren gehört, die über eine Steuerlogik aktiviert werden können, um ein großes Gesamtladungsvermögen bei einem Minimum an Chipressourcen zu erzielen; mehrere Busleitungen und Pipelinetopologie zum Maximieren des Integrationszeit-Arbeitszyklus; durch Neutronenumwandlung dotierte (NTD) Wafermaterialien zum Erzeugen einer gleichmäßigen Schwelle gemäß dem Stand der Technik ( ≤ 0,5 mV) sowie niedriger Verlustleistung ohne dass eine zusätzliche Stabilisierschaltung mit automatischer Nullstellung oder Zerhacker erforderlich ist; eine Klemmfunktion für leerlaufende IR-Detektoren, um vorübergehende Störsignale, übermäßiges Detektorrauschen und Übersprechen zu beseitigen; und Flexibilität dahingehend, dass jeder Verstärker für mehrere Pixel gemeinsam verwendet wird, um die Zellenschrittweite weiter zu verringern.
- Obwohl die Erfindung für spezielle Ausführungsbeispiele derselben beschrieben wurde, können verschiedene Änderungen und Modifizierungen vom Fachmann ausgeführt werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Daher soll die Erfindung derartige Änderungen und Modifizierungen umfassen, wie sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Claims (4)
1. Elektronisch durchgerasterte, gepufferte Schaltung (12) mit direkter
Ladungsträgerinjektion für eine Gruppe benachbarter IR-Detektorzellen (11)
eines IR-Bildebenenarrays (10), wobei die Schaltung eine integrierte
Schaltung aufweist, die auf einem durch Neutronenumwandlung dotierten (NTD)
Siliciumwafer unter Verwendung eines CMOS-Prozesses mit p-Wanne hergestellt
wurde, um für eine gleichmäßige Schwelle und niedrige Verlustleistung zu
sorgen, und in der ein invertierender CMOS-Verstärker (40) vorhanden ist,
wobei die Schaltung ferner einen Eingangsbus, der eine Gruppe benachbarter
IR-Detektorzellen (11) mit dem invertierenden CMOS-Verstärker (40)
verbindet, und einen Ausgangsbus aufweist, der mit dem Ausgang des invertierenden
CMOS-Verstärkers (40) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- der CMOS-Verstärker (40) einen zwischen den Eingangsbus und den
Verstärkerausgang geschalteten Treiber-FET (38), einen mit dem Treiber-FET (38)
verbundenen Kaskode-FET (30), einen mit dem Kaskode-FET (30) verbundenen
Vorspannungs-FET (32) und eine mit dem Verstärkerausgang verbundene
Ladungsspeicherkapazität (35) aufweist;
- mehrere FET-Schalter (31) vorhanden sind, von denen jeder zwischen den
Eingangsbus und eine entsprechende IR-Detektorzelle (11) geschaltet ist;
und
- der Kaskode-FET (30) und jeder der FET-Schalter (31) so angeschlossen
sind, dass sie Zellenauswähl-Taktsignale empfangen, um auf spezielle der
IR-Detektorzellen (11) zuzugreifen und um leerlaufende der
IR-Detektorzellen (11) auf eine normale Betriebsvorspannung zu klemmen, um übermäßiges
Detektorrauschen und Übersprechen zu beseitigen.
2. Elektronisch durchgerasterte, gepufferte Schaltung (12) mit direkter
Ladungsträgerinjektion nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass
die mit dem Verstärkerausgang verbundene Ladungsspeicherkapazität (35)
durch eine Steuerlogik aktiviert wird.
3. Elektronisch durchgerasterte, gepufferte Schaltung (12) mit direkter
Ladungsträgerinjektion nach Anspruch 2, ferner gekennzeichnet durch:
- mehrere Gruppen benachbarter IR-Detektorzellen (11), wobei jede der
Gruppen von IR-Detektorzellen (11) mit einem zugehörigen unter mehreren CMOS-
Verstärkern (40) verbunden ist; und
- eine Einrichtung zum Verbinden der Verstärkerausgänge der mehreren CMOS-
Verstärker (40) auf Multiplexweise mit dem Ausgangsbus.
4. Elektronisch durchgerasterte, gepufferte Schaltung (12) mit direkter
Ladungsträgerinjektion nach Anspruch 31 ferner gekennzeichnet durch eine
vom Ausgangsbus gebildete verteilte Kapazität (33), die für eine
zusätzliche Speicherkapazität für vom Detektor erzeugte Ladungen sorgt.
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