KR20150018762A - 펄스형 전자기 방사 검출 디바이스 - Google Patents
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Abstract
전자기 방사 검출 회로는 수신된 전자기 방사를 전류로 변환하는 광 검출기 (1) 를 포함한다. 바이어스 회로 (6) 는 광 검출기 (1) 에 접속된다. 증폭 회로 (8) 는 광 검출기 (1) 에 커플링된 입력 단자를 갖는다. 증폭 트랜지스터 (T3) 는 증폭 회로 (8) 의 입력 단자를 형성하는 제 1 저-임피던스 전극 및 검출 회로의 출력 단자에 커플링된 제 2 저-임피던스 전극을 갖는다. 트랜지스터 (T3) 는 제 1 전극에 인가된 전류를 전달하도록 구성된다. 고-임피던스 전기 전하 (12) 는 광 검출기 (1) 로부터 인입하는 전류를 나타내는 전압을 공급하기 위해 제 2 전극에 접속된다.
Description
본 발명은 전자기 방사 검출 디바이스에 관한 것이다.
전자기 방사 검출 디바이스들은 느리게 변화하는 장면을 관찰하기 위해 또는 펄스 검출, 즉, 단기간 동안 고전력 신호를 검출하기 위해 사용될 수도 있다.
매우 단기간 동안 매우 강한 광 신호의 관리는 검출 회로에 다수의 기술적 제약들을 부과한다. 종래에, 검출 회로에서 매우 단시간 동안 높은 전류 흐름의 관리는 상당한 대역폭을 가져서 펄스 전력이 시간이 희박하지 않을 것을 부과하며, 이는 검출하는 것을 어렵게 한다. 높은 실행 속도를 나타내는 상당한 대역폭은 일반적으로 상당한 전기 전력 소비를 갖는 디바이스에 의해 획득된다.
또한, 펄스가 검출되지 않는 것을 회피하기 위해, 관측된 방사에 대한 디바이스의 감도와 관련하여 제약이 존재한다. 신호는 매우 높은 전력을 가지지만, 오직 매우 단시간 동안만 존재하며, 따라서 그 디바이스가 펄스를 검출할 수 있는 것이 확인되어야만 한다.
상이한 실시형태들이 펄스형 신호를 검출하기 위해 종래기술에서 기술되었다. 도 1 에 도시된 문서 FR 2753796 에서, 포토다이오드 (1) 는 분석될 전자기 방사를 수신한다. 포토다이오드 (1) 의 캐소드는 제 1 저항기 (2) 및 증폭기 (3) 의 2 개의 입력 단자들에 접속된다. 제 2 저항기 (4) 는 증폭기 (3) 의 출력 단자와 입력 단자들 중 하나 사이에 접속되어 차동 전기 회로 (5) 를 형성한다. 제 3 저항기는 포토다이오드의 캐소드와 증폭기 (3) 의 입력 단자들 중 하나 사이에 접속된다.
그러한 구조는 특히, 독립형 디바이스들에 대하여 통합하기 어려운데, 이는 높은 실행 속도를 획득하기 위해 그러한 디바이스의 바이어스 전류가 높아야만 하기 때문이다.
도 2 에 도시된 문서 US 2003/0205663 에서, 포토다이오드 (1) 는 바이어스 회로 (6) 를 형성하는 2 개의 전계 효과 트랜지스터들 (T1 및 T2) 에 의해 그 기판과 전원 전압 (Vd) 사이에서 바이어싱된다. 바이어스 회로 (6) 에 접속된 포토다이오드 (1) 의 캐소드는 또한 증폭 트랜지스터 (T3) 의 게이트 전극에 접속된다. 포토다이오드 (1) 에 의해 수신된 광 신호는 바이어스 트랜지스터 (T3) 의 게이트 전극에 인가되며, 바이어스 트랜지스터 (T3) 는 이 신호를 증폭하여 증폭 트랜지스터 (T3) 의 드레인 전극으로부터 출력 단자 (7) 로 전송한다. 출력 단자 (7) 는 바이어스 회로 (6) 에 접속된다.
이전의 실시형태에서와 같이, 바이어스 트랜지스터 (T3) 는 전기 전력 소비 문제를 발생하는 높은 실행 속도로 포토다이오드 (1) 에 의해 전달되는 전력의 양을 관리할 수 있기 위해, 상당한 바이어싱을 받아야만 한다. 이 문서는 팔로워 회로에 관해서는 더 모호하다. 그러한 팔로워 회로는 느려야만 하지만, 원하는 느린 속도를 획득하는 방식을 설명하기 위해 특정 정보도 제공되지 않는다. 바이어스 전류가 포토다이오드 (1) 에 의해 한정되기 때문에, 피드백 루프의 안정성 문제가 존재할 수도 있다. 따라서, 그러한 교시는 펄스 검출기를 실용적으로 형성할 수 없다.
관찰될 수 있는 바와 같이, 감소된 전기 전력 소비로 펄스 신호들을 검출할 수 있는 검출 디바이스를 제공하는 것이 요구된다.
이러한 요구는 다음을 포함하는 디바이스에 의해 수행된다:
- 수신된 전자기 방사를 전류로 변환하는 광 검출기,
- 광 검출기의 단자들에 접속된 바이어스 회로,
- 바이어스 회로와 상이하고, 광 검출기의 단자에 커플링된 증폭 회로의 입력 단자를 형성하는 제 1 소스 또는 이미터 전극 및 검출 회로의 출력 단자에 커플링된 제 2 드레인 또는 콜렉터 전극을 갖는 전계 효과 트랜지스터 또는 바이폴라 트랜지스터에 의해 형성된 증폭 트랜지스터를 포함하는 증폭 회로로서, 그 증폭 회로는 제 1 소스 또는 이미터 전극에 인가된 전류가 증폭 트랜지스터를 횡단하게 하고, 이러한 전류를 제 1 소스 또는 이미터 전극에서보다 더 높은 임피던스를 갖는 출력 단자에 제공하도록 구성되는, 증폭 회로,
- 증폭 트랜지스터의 제어 전극에 접속된 전압 소스,
- 증폭 트랜지스터의 제 2 드레인 또는 콜렉터 전극에 접속된 수동 전기 부하.
본 발명의 전술한 특징 및 다른 특징과 장점들은 다음의 첨부된 도면들에 도시된 본 발명의 특정 실시형태들의 이하 비-제한적인 설명으로부터 더 명백해질 것이다:
- 도 1 은 종래 기술에 따른 제 1 검출 회로를 개략적으로 도시한다.
- 도 2 는 종래 기술에 따른 제 2 검출 회로를 개략적으로 도시한다.
- 도 3 은 본 발명에 따른 검출 회로를 개략적으로 도시한다.
- 도 4 는 본 발명에 따른 구체적인 검출 회로를 개략적으로 도시한다.
- 도 5 는 본 발명에 따른 다른 구체적인 검출 회로를 개략적으로 도시한다.
- 도 6 및 도 7 은 도 5 에 따른 검출 회로의 2 개의 더 구체적인 실시형태들을 개략적으로 도시한다.
- 도 1 은 종래 기술에 따른 제 1 검출 회로를 개략적으로 도시한다.
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- 도 4 는 본 발명에 따른 구체적인 검출 회로를 개략적으로 도시한다.
- 도 5 는 본 발명에 따른 다른 구체적인 검출 회로를 개략적으로 도시한다.
- 도 6 및 도 7 은 도 5 에 따른 검출 회로의 2 개의 더 구체적인 실시형태들을 개략적으로 도시한다.
도 3 에 도시된 것과 같이, 검출 회로는 수신된 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있는, 전류 소스로서 도식화된 광 검출기 (1) 를 포함한다. 광 검출기 (1) 는 특정 파장 범위에서 전자기 방사를 검출하도록 구성된다.
광 검출기 (1) 는 임의의 적응형 디바이스에 의해, 예컨대, 양자 우물 (quantum well) 또는 다중 양자 우물 디바이스에 의해 또는 포토다이오드에 의해 형성될 수도 있다. 광 검출기는 유리하게, 적외선 방사, 바람직하게는 특정 범위의 적외선 방사, 예컨대 LWIR, MWIR, 또는 SWIR 범위들을 검출하도록 구성된다.
검출 디바이스는 또한 광 검출기 (1) 를 바이어싱하기 위한 회로 (6) 를 포함한다. 바이어스 회로 (6) 는, 광 검출기 (1) 가 전류의 강도가 수신된 전자기 방사에 의존하는 전류 소스로서 작동하도록 구성된다.
바이어스 회로 (6) 는 광 검출기 (1) 에 걸쳐 제 1 전위 차이를 부과한다. 바이어스 회로는 유리하게 광 검출기 (1) 에 걸쳐 접속된다. 제 1 전위, 예컨대 기판 전위 (VSUB) 는 광 검출기 (1) 의 제 1 단자에 인가된다. 제 2 전위, 예컨대 바이어스 전위 (VPOL) 는 광 검출기 (1) 의 제 2 단자에 인가된다.
바이어스 회로 (6) 는 능동 또는 수동일 수도 있다. 수동 회로는 어떤 증폭도 수행하지 않는 회로를 의미한다. 그러한 회로는 수동 소자들, 예컨대, 다이오드들, 저항기들, 커패시터들에 의해 형성된다. 능동 회로는 전압 소스에 의해 전달되는 바이어싱의 제 1 검출기 (1) 에 걸친 증폭을 수행할 수 있는 회로를 의미한다. 능동 회로는 광 검출기에 인가되는 바이어스 포인트의 더 양호한 조정을 제공한다. 그러한 회로는 인가된 전압을 변조할 수 있는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하며, 수동 회로보다 더 높은 전기 전력 소비를 요구한다.
바이어스 회로 (6) 는 광 검출기 (1) 를 원하는 동작 모드로 바이어싱하도록 구성된다. 바이어스 회로 (6) 가 광 검출기 (1) 에 커플링되기 때문에, 방출된 펄스형 전기 신호를 완전히 흡수하는 것을 회피하도록 구성된다. 바이어스 회로 (6) 및 증폭 회로 (8) 는 광 검출기 (1) 에 접속 또는 커플링되어, 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 전류에 대하여 2 개의 상이한 흐름 경로들을 정의한다.
바이어스 회로 (6) 및 증폭 회로 (8) 는 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 신호의 펄스 부분이 주로 증폭 회로 (8) 에 도달하고 따라서 오직 약간만이 바이어스 회로 (6) 를 횡단하도록, 그리고 방출된 신호의 정적 부분이 주로 바이어스 회로 (6) 에 도달하고 따라서 오직 약간만이 증폭 회로 (8) 를 횡단하도록 구성된다.
그러한 구성에서, 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 펄스형 전기 신호는 수신된 광 펄스를 나타내고, 이러한 펄스형 전기 신호는 주로 증폭 회로 (8) 를 통해 흐른다.
그 바이어싱 기능을 수행하기 위해, 광 검출기 (1) 에 접속된 바이어스 회로 (6) 의 단자는 저 주파수 범위에서 및 유리하게 광 검출기 (1) 에 대하여 예상되는 전류 범위에서 낮은, 제 1 임피던스 값을 갖는다. 이 단자는 더 바람직하게, 바이어스 회로에서 전류 펄스 신호들의 손실을 방지하고 증폭 회로 (8) 내부의 전류 흐름을 촉진시키기 위해 고주파수 범위에서 더 높은 임피던스 값을 갖는다.
유리하게, 증폭 회로 (8) 의 입력 단자는 고주파수 범위에서 낮은 임피던스 및 유리하게 강한 전류들을 갖는다. 또한, 저 주파수들의 범위 및 유리하게 낮은 전류들에서 더 높은 임피던스를 갖는다.
저 주파수 범위에서, 증폭 회로 (8) 의 입력 임피던스는 바이어스 회로 (6) 의 입력 임피던스보다 크다. 고 주파수 범위에서, 증폭 회로 (8) 의 입력 임피던스는 바이어스 회로 (6) 의 입력 임피던스보다 낮다.
저주파수 범위로부터 고주파수 범위로의 통과는 통상적으로 목표하는 타입의 적용에 따라 0.5 내지 10 MHz 범위의 값에 대하여 약 1 MHz 에서 수행된다.
여기서, 광 검출기 (1) 의 단자들 중 하나인 제 2 단자는 또한, 증폭 회로 (8) 에 커플링된다. 증폭 회로 (8) 는 입력 단자에서, 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 전기 신호 또는 전기 신호의 강도의 일부를 수신한다. 증폭 회로 (8) 는 입력 단자에서 수신된 정보를 나타내는 신호, 즉 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 정보를 나타내는 신호를, 출력 단자에서 생성한다. 회로 (8) 의 출력 신호는 회로 (8) 의 입력에 존재하는 신호에 대하여 증폭된다. 증폭 회로 (8) 의 출력 단자는 검출 디바이스의 출력 단자 (7) 를 형성한다.
앞의 실시형태들과 결합될 수도 있는 특정 실시형태에서, 증폭기 회로 (8) 의 출력 단자 (7) 는, 입력 단자로부터 발생하는 전류 신호를 출력 단자 (7) 에서의 전압 신호로 변환하기 위해 그 입력 단자보다 더 높은 임피던스를 갖는다. 회로 (8) 의 입력 단자는 트랜지스터 (T3) 의 제 1 전극에 의해 구현된다. 그러한 구성에서, 원하는 이득을 간단히 획득하기 위해 회로 (8) 의 입력 단자와 출력 단자 사이에 전류가 통과하는 것을 유지하는 것이 유리하다.
증폭 회로 (8) 는 추가의 바이어스 회로의 제 1 및 제 2 단자들에 의해 부과된 제 2 전위 차이에 의해 바이어싱된다.
증폭 회로 (8) 의 입력은 증폭 트랜지스터 (T3) 에 의해 형성된다. 증폭 트랜지스터 (T3) 는, 그 소스 전극 또는 제 1 전극이 광 검출기 (1) 로부터 발생하는 신호를 수신하는 전계 효과 트랜지스터일 수도 있다. 드레인 전극 또는 제 2 전극은 검출 디바이스의 출력 단자 (7) 에 커플링된다. 증폭 트랜지스터 (T3) 를 통해 흐르는 전류는 하나의 함수이고, 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 신호를 나타낸다. 증폭 트랜지스터 (T3) 는 또한 바이폴라 기술에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우, 이미터 (제 1 전극) 는 광 검출기 (1) 로부터 신호를 수신하고, 콜렉터 (제 2 전극) 는 출력 단자 (7) 에 커플링된다. 일반적으로, 증폭기 (8) 로도 불리는 증폭 회로는 광 검출기 (1) 에 커플링된 저 임피던스 전극을 갖는 증폭 트랜지스터 (T3) 를 포함한다. 증폭 트랜지스터 (T3) 는 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 신호 또는 그 신호의 일부에 의해 횡단된다. 유리하게, 증폭 트랜지스터 (T3) 는 소형 회로 및 높은 실행 속도를 유지하기 위해 광 검출기에 접속된다. 트랜지스터의 제 2 전극은 출력 단자 (7) 에 커플링된다. 증폭 회로 (8) 는 트랜지스터 (T3) 의 제 1 전극이 바람직하게, 광 검출기에 의해 방출된 전류의 50% 이상을 수신할 수 있도록 구성된다. 증폭 회로 (8) 는 또한, 트랜지스터 (T3) 에 의해 수신된 전류가 제 1 전극에 도달하고, 제 2 전극 및 출력 단자 (7) 에 전달되도록 구성된다. 제 1 전극은 제 2 전극보다 더 낮은 임피던스를 가지기 때문에, 전압 이득이 발생한다.
이 실시형태에서, 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 신호 또는 대표 신호는 저 임피던스 단자에 인가되고, 이는 검출 디바이스의 응답 시간을 개선시킨다. 트랜지스터의 소스 또는 이미터 전극은 이 동일한 트랜지스터의 게이트 또는 베이스 전극의 임피던스보다 훨씬 더 낮은 임피던스를 갖는다.
추가로, 광 검출기 (1) 로부터 발생하는 신호는 증폭 트랜지스터 (T3) 를 통해 추가의 전류를 생성하고, 그 트랜지스터 (T3) 는 특정 실시형태들에서, 유용한 기간 동안, 즉 광 펄스 지속시간 동안 바이어스 전류를 증가시킬 수 있다. 펄스 지속시간 이외에는 바이어스 전류가 감소되며, 이는 디바이스의 전기 전력 소비를 제한할 수 있다.
그러한 구성에서, 검출 디바이스는 유휴 상태에서 낮은 바이어스 전류를 가질 수도 있다. 광 검출기가 광 펄스를 수신할 경우, 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 전류 펄스는, 증폭 트랜지스터 (T3) 에서 더 높은 전류의 흐름을 발생시키며, 이는 증폭기 (8) 의 바이어스 조건들을 변경시킨다. 광 펄스에 대한 응답으로서 방출된 전류는, 유리하게 추가의 구성의 경우에, 펄스 발생의 매우 특별한 순간에 증폭기 (8) 의 대역폭을 증가시킬 수 있는, 추가의 바이어스 전류로서 작용한다. 그 후에, 펄스에 대한 대기 동안 증폭기 (8) 의 바이어스 전류를 감소시키고, 따라서 그 회로의 일반적인 전력 소비를 감소시키는 것이 가능하다. 회로는 직접 주입 모드에서 장착된 디바이스와 유사하지만, 그 동작은 상이하다. 직접 주입 회로에서, 그 목적은 전기 전하들을 통합하는 것이지만, 이 회로는 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 신호를 증폭하는 기능을 갖는다. 이들 전하들을 통합하기 위해, 커패시터의 전기 커패시턴스의 값은 필요에 따라 적응되며, 회로 출력에 위치된다. 그러나, 이러한 실시형태에서, 커패시터는 응답 시간을 개선하기 위해 더 낮은 전기 커패시턴스를 갖는다. 바람직하게, 이러한 커패시턴스의 값은 매우 낮은 응답 시간을 가지기 위해 가능하면 많이 감소된다.
유리한 실시형태에서, 그 소형화로 인해, 출력 단자 (7) 는 증폭 트랜지스터 (T3) 의 드레인 전극 또는 콜렉터에 의해 형성된다.
유리하게, 증폭 트랜지스터 (T3) 는, 증폭 트랜지스터 (T3) 를 통해 흐르는 전류가 광 검출기 (1) 의 바이어싱에 참여하고 있는 전류와 동일한 방향으로 지향되도록, 바이어스 회로 (6) 및 광 검출기 (1) 와 함께 구성된다. 그러한 조건들에서, 트랜지스터 (T3) 의 소스 전극의 임피던스 값이 감소하며, 이는 증폭 트랜지스터의 반응성 및 따라서 대역폭을 증가시킨다.
이러한 임피던스 감소로 인해, 증폭 트랜지스터 (T3) 에서 전류 주입이 개선된다.
광 검출기 (1) 의 제 2 단자는, 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 신호 또는 이러한 신호의 일부가 증폭 회로 (8) 의 입력 단자 상으로 통과하는 것을 가능하게 하는, 커플링 회로 (9) 를 통해 증폭 회로 (8) 에 커플링된다.
도 4 에 도시되고 이전 실시형태들과 결합될 수도 있는 특정 실시형태에서, 커플링 회로 (9) 는 광 검출기 (1) 의 제 2 단자를 증폭 회로 (8) 의 입력 단자에 직접 접속하는 도전성 라인에 의해 형성된다. 그러한 구성에서, 증폭 회로 (8) 는 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 신호를 직접 수신한다. 그 신호의 오직 작은 부분 만이 그 성능에 따라 바이어스 회로 (6) 에서 손실된다.
도 5 에 도시되고 (도 4 의 실시형태를 제외한) 이전 실시형태들과 결합될 수도 있는 다른 대안적인 실시형태에서, 커플링 회로 (9) 는 광 검출기 (1) 와 증폭 회로 (8) 사이에 접속된 커플링 커패시터 (10) 를 포함한다. 커플링 커패시터 (10) 는 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 신호의 일부의 통과를 차단한다. 커플링 커패시터 (10) 는 광 검출기 (1) 에 의해 방출된 광 신호의 D.C. 성분 및 느린 변화들을 차단하여 오직 빠르게 변화하는 성분 즉, 전류 펄스만을 통과시키도록 배치된다.
유리하게, 커플링 회로 (9) 는 광 검출기 (1) 와 바이어스 회로 (6) 에 접속된 제 1 단자 및 증폭 트랜지스터 (T3) 의 소스 (또는 이미터) 전극에 접속된 제 2 단자를 가지는 커플링 커패시터 (10) 에 의해 형성된다.
이전 실시형태들과 결합될 수 있는 바람직한 실시형태에서, 추가의 바이어스 회로는 증폭 트랜지스터 (T3) 와 추가의 바이어스 회로의 제 1 단자 사이에 배치된 제 1 수동 전기 부하 (11) 를 포함한다. 제 1 수동 전기 부하 (11) 는 트랜지스터 (T3) 의 대기 전류를 드레인 오프할 수 있다. 제 1 수동 전기 부하는 또한 펄스 전류를 차단하여 펄스 전류를 증폭 트랜지스터 (T3) 로 지향시킬 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 제 1 수동 전기 부하 (11) 는 광 펄스를 나타내는 전류의 드리프트를 제한하거나 드리프팅을 회피하도록 구성된다. 그러한 특정 구조는 그 디바이스가 다음 펄스가 대기되는 구성으로 더 신속하게 재위치되고, 따라서 최종 디바이스의 전력 소비를 감소시키는 것을 가능하게 한다. 도 6 및 도 7 에 도시된 더 구체적인 실시형태에서, 제 1 수동 전기 부하 (11) 는 다이오드의 전기 특성을 갖는다. 제 1 수동 부하 (11) 는 예컨대, 다이오드로서 동작하도록 배치된 트랜지스터 또는 다이오드에 의해, 예컨대 게이트 및 드레인 전극들을 함께 접속함으로써 형성될 수도 있다.
제 1 수동 전기 부하는 트랜지스터 (T3) 의 소스 (또는 이미터) 전극에 커플링된다.
이전의 실시형태들과 결합될 수도 있는 다른 실시형태에서, 그 회로는 증폭 트랜지스터 (T3) 의 드레인 (또는 콜렉터) 전극에 커플링된 제 2 수동 전기 부하 (12) 를 포함한다. 제 2 수동 전기 부하 (12) 는 추가의 바이어스 회로의 제 2 단자와 증폭 트랜지스터 (T3) 사이에 배치된다. 제 2 수동 전기 부하 (12) 는 연관된 바이어스 라인에 대하여 전압을 오프셋하고, 증폭기 이득을 설정하는 출력 임피던스 값을 결정할 수 있다. 수동 전기 부하 (12) 의 증폭 회로와의 결합은 증폭 회로의 입력 단자에 인가된 전류 신호를 출력 단자 (7) 에서의 전압 신호로 변환할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 제 2 수동 전기 부하 (12) 는 고 임피던스 및 저 전기 커패시턴스를 갖도록 구성된다. 제 2 수동 전기 부하 (12) 는 그 후에, 펄스 신호에 대하여 증폭 트랜지스터 (T3) 의 전압 이득을 설정하는데 이용된다.
특정 실시형태에서, 제 2 수동 전기 부하 (12) 는 광 펄스의 부재시 유리하게 포화되는 전류 소스로서 작동한다. 이러한 전류 소스의 전류 설정 포인트 값, 즉 펄스의 부재시 전달된 전류의 강도는 실질적으로, 광 검출기 (1) 에 의해 검출되어 전달될 신호를 나타내는 값에 대응한다. 전류 소스는 트랜지스터 (T3) 의 제 2 전극에 접속된다.
제 2 수동 전기 부하 (12) 는 출력 단자 (7) 에 접속된다.
유휴 상태에서, 즉, 펄스의 부재시, 증폭 트랜지스터 (T3) 를 통해 흐르는 전류의 강도는 증폭 트랜지스터의 제어 전극 (여기서, 게이트 전극 또는 베이스) 에 인가된 전위에 의해 및 제 1 수동 전기 부하 (11) 의 임피던스 값에 의해 설정된다.
트랜지스터 (T3) 의 제어 전극에 인가된 바이어싱은 전압 소스 (14) 로부터 발생한다.
도 6 및 도 7 에 도시된 실시형태들은 그들이 매우 소형이기 때문에 특히 유리하다.
광 검출기 (1) 의 단자들은 제 1 전위 차이를 부과하기 위해 바이어스 회로에 접속된다. 증폭 회로 (8) 는 증폭 트랜지스터 (T3) 에 의해 형성된다. 더 소형화를 획득하기 위해, 증폭 트랜지스터 (T3) 는 전계 효과 트랜지스터이다. 실시형태들에 따르면, 소스 전극은 광 검출기 (2) 의 제 2 단자에 직접 또는 커플링 커패시터 (10) 에 의해 접속된다.
제 1 수동 전기 부하 (11) 는 소스 전극에 접속되고, 제 2 수동 전기 부하 (12) 는 드레인 전극에 접속된다. 검출 디바이스의 출력 단자 (7) 는 증폭 트랜지스터 (T3) 의 드레인 전극과 제 2 수동 전기 부하 (12) 사이에 공통 접속에 의해 형성된다.
유리하게, 증폭 트랜지스터 (T3) 는 NMOS 타입으로 이루어지고, 광 검출기 (1) 의 캐소드에 커플링된다. 대안적인 실시형태에서, 증폭 트랜지스터 (T3) 는 PMOS 타입으로 이루어지고, 광 검출기 (1) 의 애노드에 커플링된다.
도 6 및 도 7 에 도시된 바람직한 실시형태에서, 제 1 수동 전기 부하 (11) 는 추가의 다이오드-접속 트랜지스터, 예컨대 다이오드-접속 PMOS 트랜지스터를 포함하거나, 이에 의해 형성된다. 다이오드-접속 트랜지스터는 증폭 트랜지스터 (T3) 의 소스 전극 또는 광 검출기 (1) 또는 커플링 커패시터 (10) 의 공통 단자에 접속된다. 전술된 장점들에 부가하여, 이러한 구조는 특히 소형이고, 형성하기에 용이하다. 다이오드-접속 트랜지스터는 증폭 회로 (8) 의 바이어스 라인과 제 1 전극 사이에 접속된다.
전자의 실시형태와 결합될 수 있는 다른 바람직한 실시형태에서, 제 2 수동 전기 부하 (12) 는 전류 소스를 형성하기 위한 다른 추가의 트랜지스터, 예컨대 전류 소스로서 작동하는 PMOS 트랜지스터를 포함하거나 그에 의해 형성된다. 트랜지스터는 검출 디바이스의 출력 단자 (7) 를 정의하기 위해 증폭 트랜지스터 (T3) 의 드레인 전극에 접속된다. 트랜지스터는 또한 제 1 전압, 예컨대 전압 (Vdd) 을 전달하는 바이어스 라인에 접속된다. 도 6 에 도시된 실시형태에서, 부하 (12) 의 추가의 트랜지스터는 다이오드를 형성하도록 구성된다. 도 7 의 실시형태에서, 부하 (12) 의 추가의 트랜지스터는 추가의 트랜지스터에 의해 전달되는 최대 전류를 설정하는, 전압 소스에 링크된 제어 전극을 갖는다. 그러한 구성에서, 부하 (12) 는 포화된 전류 소스를 형성한다. 부하 (12) 의 공칭 전류는 펄스에 대하여 검출될 전류 임계치를 나타낸다.
그러한 구조는 출력 단자 (7) 에서 이진 신호를 전달할 수 있다. 이 신호는 광 검출기 (1) 에 의해 검출된 광 펄스의 함수이다.
제 2 수동 전기 부하 (12) 는 예컨대, 다이오드에 의해 전압 레벨들을 오프셋하여 출력 신호의 진폭을 정의하는 회로를 더 포함할 수도 있다. 그 다이오드는 트랜지스터에 의해 형성될 수도 있다. 다이오드는 전류 소스 (12) 와 출력 단자 (7) 사이에 어셈블링된다.
광 검출기 (1) 의 바이어스 회로 (6) 는 유리하게, 넓은 바이어스 범위에 걸쳐 충분한 임피던스를 제공하는, 광 검출기 (1) 의 제 2 단자에 접속된 추가의 다이오드-접속 트랜지스터를 포함한다. 유리하게, 그 트랜지스터는 증폭 트랜지스터 (도 6 의 NMOS) 와 반대로 PMOS 타입으로 이루어지며, 제 1 전압 (Vdd) 에 접속된다. 이러한 특정 구성은 개선된 이동성의 캐리어들을 가지는, 증폭 트랜지스터로의 전류 펄스의 더 양호한 전달을 위해 바람직하다. 추가의 다이오드-접속 트랜지스터는 광 검출기 (1) 의 제 1 단자와 바이어스 라인 사이에 접속된다.
검출 디바이스의 출력 단자 (7) 는 (도시되지 않은) 분석 회로에 접속되도록 의도되며, 상이한 펄스들의 통과를 기억한다. 대안적인 실시형태에서, 분석 회로는 검출 디바이스에 통합된다. 일 예로서, 분석 회로의 입력 단자는 플립-플롭, 예컨대 아날로그 입력을 갖는 RS 플립-플롭의 입력 단자이다.
전술된 종래의 문서들과 비교하여, 검출 디바이스는 매우 낮은 전력 소비를 허용하면서 (대략적으로 인자 10 만큼) 감도를 실질적으로 개선시킬 수 있다.
검출 디바이스는 광 검출기 어레이를 포함할 경우 특히 유리하다. 그 후, 각각의 광 검출기는 바이어스 회로 (6) 및 증폭 회로 (8) 와 결합된다.
전기 부하들 (11 및 12) 은 출력 단자 (7) 에 의해 제공된 전기 신호를 수집하는 출력 부하들이다. 이러한 출력 부하들은 전압 신호를 출력하기 위해 출력 단자 (7) 를 사용할 수 있다. 부하들 (11 및 12) 은 전압 신호를 전달하기 위해 선택된 임피던스 값들을 갖는다. 부하들 (11 및 12) 은 독립적으로 선형이거나 비선형의 부하들일 수도 있다. 선형 부하는 수신된 전류의 값이 무엇이든지 간에, 일정한 임피던스 값을 갖는 부하를 의미한다. 비선형 부하는 바이어스 전류에 따라 변화하는 임피던스 값을 갖는 부하를 의미한다. 특히 유리하게, 부하 (11) 의 임피던스 값은 부하 전류가 증가할 경우, 증가한다.
Claims (7)
- 전자기 방사 검출 회로로서,
- 수신된 전자기 방사를 전류로 변환하는 광 검출기 (1),
- 상기 광 검출기 (1) 의 단자들에 접속된 바이어스 회로 (6),
- 상기 바이어스 회로 (6) 와 상이하고, 상기 광 검출기 (1) 의 단자에 커플링된 증폭 회로 (8) 의 입력 단자를 형성하는 제 1 소스 또는 이미터 전극 및 상기 전자기 방사 검출 회로의 출력 단자 (7) 에 커플링된 제 2 드레인 또는 콜렉터 전극을 갖는 전계 효과 트랜지스터 또는 바이폴라 트랜지스터에 의해 형성된 증폭 트랜지스터 (T3) 를 포함하는 증폭 회로 (8) 로서, 상기 증폭 회로 (8) 는 상기 제 1 소스 또는 이미터 전극에 인가된 전류가 상기 증폭 트랜지스터를 통해 흐르고, 상기 전류를, 상기 제 1 소스 또는 이미터 전극에서보다 더 높은 임피던스를 갖는 상기 출력 단자에 제공하도록 구성되는, 상기 증폭 회로 (8),
- 상기 증폭 트랜지스터 (T3) 의 제어 전극에 접속된 전압 소스 (14), 및
- 상기 증폭 트랜지스터 (T3) 의 상기 제 2 드레인 또는 콜렉터 전극에 접속된 수동 (passive) 전기 부하 (12) 를 포함하는, 전자기 방사 검출 회로. - 제 1 항에 있어서,
상기 광 검출기 (1) 및 상기 증폭 트랜지스터 (T3) 의 제 1 전극 사이에 커플링 커패시터 (10) 가 접속되는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 회로. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수동 전기 부하 (12) 는 다이오드인 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 회로. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자기 방사 검출 회로는 상기 증폭 트랜지스터 (T3) 의 제 2 전극에 접속된, 유휴 상태에서 포화되는 전류 소스 (12) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 회로. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
전류 소스 (12) 와 상기 출력 단자 (7) 사이에 다이오드가 어셈블링되는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 회로. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이어스 회로 (6) 는 상기 광 검출기 (1) 의 바이어스 라인과 제 1 단자 사이에 접속된 추가의 다이오드-접속 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 회로. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
수동 부하 (11) 는 상기 증폭 회로 (8) 의 바이어스 라인과 제 1 전극 사이에 접속된 추가의 다이오드-접속 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 검출 회로.
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