2×8低噪声InGaAs／InP APD读出电路设计

积分电容还决定电荷容量。电荷容量为

式中：Qm为电荷容量；Vref为参考电压，一般为1．5~3 V。式(1)表示增大积分电容Cint可以提高电荷容量。
在CTIA电路结构中，KTC噪声是最主要噪声，而KTC噪声也和积分电容有关。KTC复位噪声电压可以表示为

式中：VN为积分电容上复位引起的KTC噪声电压；K为波尔兹曼常数，其值为1．38×10-23J／K；T是绝对温度，取77 K。将此噪声电压折合成输入端噪声电子数，则表示为

式中：Nin为积分电容KTC复位噪声折合到输入端的噪声电子数；q为电荷常数，其值为1．60×10-19C；G为输出级增益。
图6表示了该噪声电子数和温度、积分电容Cint之间的关系。从图6可以看到，Nin随温度降低而减少，同时随Cint的增大而增多。所以在设计Cint时，必须兼顾探测器电流、积分时间、电荷容量Qm和KTC噪声折合到输入端电子数Nin，并且结合电路工作温度设计一个合适的值。在读出电路中，电容的工作温度为77 K，Cint设计为4 pF时，参考电压取2 V，电荷容量为8×10-12J。电路的输出级增益为O．65，KTC复位噪声折合到输入端的噪声电子数为768个，小于实际探测器的噪声电子数，而电荷容量也足够大，满足探测器读出的需要。在CTIA结构中，设计一个高增益低噪声的运算放大器。根据具体的应用合适设计。而开关管KR采用四管合抱管结构，减小导通电阻对电路的影响。图7为读出电路芯片的照片。

3 结论
电路采用O．6μm CMOS工艺流片，采用40脚的管壳进行封装，其中有效引脚为32个。用电注入法(恒流源模拟器件)测试了芯片的性能，电流信号为100～600 nA。功率耗散小于200μW。当积分电容为4 pF的时候，积分时间为36μs。时钟频率为0．5MHz的时候，一帧像元积分和读出的总时间为108μs。电路的电荷存储能力为5×107个，动态范围为l V左右，输出噪声为5．2×10-5Vrms。测试结果显示电路符合预期的设计要求。