CN109302573A - 一种带时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路，包括一级斩波器和二级斩波器，一级斩波器和二级斩波器之间连接AC放大器，AC放大器和二级斩波器之间连接GmC低通滤波器，二级斩波器输出端连接有低通滤波器，GmC低通滤波器输出端和二级斩波器时钟输入端之间连接有自动时钟相移调节电路。本发明提供足够的增益来放大传感器输出的电压信号；可以抑制噪声，主要是抑制闪烁噪声；带有时钟自动调节，解决调制和解调之间信号相移的问题。

Description

一种带时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路
技术领域
本发明涉及传感器领域，更具体的说，是涉及一种带时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路。
背景技术
由于太赫兹光子的能量很低，1THz的光子的能量大概只有4毫电子伏特左右，因此其不容易破坏被检测的物质，这也使得太赫兹在成像方面较红外成像有一定的优势。
太赫兹成像技术是利用太赫兹波照射需要被检测的物体，根据太赫兹波在被测物品各个地方被透射或反射的不同情况，来获取物品表内甚至内部的信息。我们可以把连续太赫兹成像系统分为两类，分别是主动成像系统和被动成像系统。被动成像系统直接检测由物体发出或反射的太赫兹波成像；而主动成像系统需要一个太赫兹源来照射物体，再通过反射和透射的太赫兹波来成像[1]。
由于太赫兹探测器的输出信号特别小，信噪比很低，因此需要一个额外的读出电路，能够把探测器输出的信号进行放大，同时尽可能小的增加其信号噪声。基于目前这种读出电路特性的需要，提出了一种带有时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路。
【参考文献】
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发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种带时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路，提供足够的增益来放大传感器输出的电压信号；可以抑制噪声，主要是抑制闪烁噪声；带有时钟自动调节，解决调制和解调之间信号相移的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的带时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路，包括一级斩波器和二级斩波器，所述一级斩波器和二级斩波器之间连接有AC放大器，所述AC放大器和二级斩波器之间连接有GmC低通滤波器，所述二级斩波器输出端连接有低通滤波器，所述GmC低通滤波器输出端和二级斩波器时钟输入端之间连接有自动时钟相移调节电路；
所述自动时钟相移调节电路由一号MOS管、二号MOS管、三号MOS管、四号MOS管、五号MOS管、六号MOS管和反相器构成；所述一号MOS管和四号MOS管的栅极均连接GmC低通滤波器的正向输出端，所述二号MOS管和三号MOS管的栅极均连接GmC低通滤波器的反向输出端，所述一号MOS管、二号MOS管、三号MOS管和四号MOS管的源极均接地，所述一号MOS管和四号MOS管的漏极均连接五号MOS管的漏极，所述五号MOS管和六号MOS管的栅极均连接五号MOS管的漏极，所述五号MOS管和六号MOS管的源极均连接电压源，所述二号MOS管、三号MOS管和六号MOS管的漏极均连接反相器输入端，所述反相器输出端连接二级斩波器时钟输入端。
所述一号MOS管、二号MOS管、三号MOS管和四号MOS管均采用P沟道MOS管，所述五号MOS管和六号MOS管均采用N沟道MOS管。
所述GmC低通滤波器的正向输出端分别连接自动时钟相移调节电路的正向输入端和二级斩波器的正向输入端，所述GmC低通滤波器的反向输出端分别连接自动时钟相移调节电路的反向输入端和二级斩波器的反向输入端，所述自动时钟相移调节电路的输出端连接二级斩波器的时钟输入端
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
相比于带通滤波器，本发明只用低通滤波器就能实现限制放大器带宽的作用从而降低读出电路噪声，并用一个简单的自动时钟相位调节电路就克服了用低通滤波器会引起信号相移的缺点。
附图说明
图1基本的基于斩波调制的读出电路原理图；
图2是本发明带时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路框图；
图3是本发明中自动时钟相移调节电路原理图。
附图标记:Q1一号MOS管，Q2二号MOS管，Q3三号MOS管，Q4四号MOS管，Q5五号MOS管，Q6六号MOS管，GND地，Vdd电压源。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
目前已知的一种基本的基于斩波调制的读出电路结构如图1所示。有团队在此基础上进行了改进，既在AC放大器的后面接上带通滤波器来限制放大器的带宽[2]，这样可以进一步减小读出电路产生的噪声。因为如果AC放大器的带宽是无限的，那么斩波调制这种方式产生的失调噪声为[3]：
其中，Vos是失调噪声，Vspike是尖峰的幅度，τ是时间常数，T是信号的周期。
但是如果在AC放大器之后接入带通滤波器，并把阻带频率限制在斩波调制频率的两倍左右，那么产生的失调噪声为：
由于τ≤T/2，因此限制带宽之后产生的失调噪声可以降低。但是由于需要在AC放大器之后加带通滤波器，而带通滤波器的面积会比较大，因此本发明提出将带通滤波器换成低通滤波器，由于引入低通滤波器会导致信号的相移，所以会导致调制和解调的时钟信号也要进行对应的相移，本发明因此还加上了一种简单的自动时钟相位调节电路来适应需求。
本发明的带时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路，如图2所示，包括一级斩波器和二级斩波器，所述一级斩波器和二级斩波器之间连接有AC放大器，所述AC放大器和二级斩波器之间连接有GmC低通滤波器，所述二级斩波器输出端连接有低通滤波器，所述GmC低通滤波器输出端和二级斩波器时钟输入端之间连接有自动时钟相移调节电路。所述GmC低通滤波器的正向输出端分别连接自动时钟相移调节电路的正向输入端Vin+和二级斩波器的正向输入端，所述GmC低通滤波器的反向输出端分别连接自动时钟相移调节电路的反向输入端Vin-和二级斩波器的反向输入端，所述自动时钟相移调节电路的输出端Vout连接二级斩波器的时钟输入端。
如图3所示，自动时钟相移调节电路由一号MOS管Q1、二号MOS管Q2、三号MOS管Q3、四号MOS管Q4、五号MOS管Q5、六号MOS管Q6和反相器构成。所述一号MOS管Q1、二号MOS管Q2、三号MOS管Q3和四号MOS管Q4均采用P沟道MOS管，所述五号MOS管Q5和六号MOS管Q6均采用N沟道MOS管。所述一号MOS管Q1和四号MOS管Q4的栅极均连接GmC低通滤波器的正向输出端，所述二号MOS管Q2和三号MOS管Q3的栅极均连接GmC低通滤波器的反向输出端，所述一号MOS管Q1、二号MOS管Q2、三号MOS管Q3和四号MOS管Q4的源极均接地GND，所述一号MOS管Q1和四号MOS管Q4的漏极均连接五号MOS管Q5的漏极，所述五号MOS管Q5和六号MOS管Q6的栅极均连接五号MOS管Q5的漏极，所述五号MOS管Q5和六号MOS管Q6的源极均连接电压源Vdd，所述二号MOS管Q2、三号MOS管Q3和六号MOS管Q6的漏极均连接反相器输入端，所述反相器输出端Vout连接二级斩波器的时钟输入端。
信号经过GmC低通滤波器得到的是一对正弦差分信号，这对信号输入进到自动时钟相移调节电路，根据这对信号的差值，在反相器输入节点产生一个相应变化的电压，该电压经过反相器，就输出一个幅度为VDD的方波信号，既为调整之后的时钟信号。由于该时钟信号是根据正弦差分信号的差值变化的，因此该时钟信号相位和正弦信号相位是对应的，所以无论该正弦差分信号相比于输入进滤波器的信号相位偏移了多少，最后从反相器输出的时钟信号都能跟踪，将该调整之后的时钟信号作用于解调的二级斩波器，就可以很好的解调出相应的信号。从而实现用更简单面积更小的低通滤波器，也能实现探测器信号的低噪声放大功能。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种带时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路，包括一级斩波器和二级斩波器，所述一级斩波器和二级斩波器之间连接有AC放大器，其特征在于，所述AC放大器和二级斩波器之间连接有GmC低通滤波器，所述二级斩波器输出端连接有低通滤波器，所述GmC低通滤波器输出端和二级斩波器时钟输入端之间连接有自动时钟相移调节电路；
所述自动时钟相移调节电路由一号MOS管(Q1)、二号MOS管(Q2)、三号MOS管(Q3)、四号MOS管(Q4)、五号MOS管(Q5)、六号MOS管(Q6)和反相器构成；所述一号MOS管(Q1)和四号MOS管(Q4)的栅极均连接GmC低通滤波器的正向输出端，所述二号MOS管(Q2)和三号MOS管(Q3)的栅极均连接GmC低通滤波器的反向输出端，所述一号MOS管(Q1)、二号MOS管(Q2)、三号MOS管(Q3)和四号MOS管(Q4)的源极均接地(GND)，所述一号MOS管(Q1)和四号MOS管(Q4)的漏极均连接五号MOS管(Q5)的漏极，所述五号MOS管(Q5)和六号MOS管(Q6)的栅极均连接五号MOS管(Q5)的漏极，所述五号MOS管(Q5)和六号MOS管(Q6)的源极均连接电压源(Vdd)，所述二号MOS管(Q2)、三号MOS管(Q3)和六号MOS管(Q6)的漏极均连接反相器输入端，所述反相器输出端连接二级斩波器时钟输入端。
2.根据权利要求1所述的带时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路，其特征在于，所述一号MOS管(Q1)、二号MOS管(Q2)、三号MOS管(Q3)和四号MOS管(Q4)均采用P沟道MOS管，所述五号MOS管(Q5)和六号MOS管(Q6)均采用N沟道MOS管。
3.根据权利要求1所述的带时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路，其特征在于，所述GmC低通滤波器的正向输出端分别连接自动时钟相移调节电路的正向输入端和二级斩波器的正向输入端，所述GmC低通滤波器的反向输出端分别连接自动时钟相移调节电路的反向输入端和二级斩波器的反向输入端，所述自动时钟相移调节电路的输出端连接二级斩波器的时钟输入端。
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