TWI492538B - Switchable reading device - Google Patents

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TWI492538B
TWI492538B TW102101375A TW102101375A TWI492538B TW I492538 B TWI492538 B TW I492538B TW 102101375 A TW102101375 A TW 102101375A TW 102101375 A TW102101375 A TW 102101375A TW I492538 B TWI492538 B TW I492538B
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Tse Hsin Chen
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Description

切換式讀取裝置
本發明是有關於一種讀取裝置，特別是指一種切換式讀取裝置。
大氣下各物體的表面均分佈有不同的紅外線輻射訊號，紅外線訊號大致分為1~3μm的短波段(short-wave infrared，簡寫為SWIR)、3~5μm的中波段(mid-wave infrared，簡寫為MWIR)和6~15μm的長波段(long-wave infrared，簡寫為LWIR)。
目前單波段感測技術已相當成熟，但單波段感測裝置只能感測單一固定波段的訊號，無法因應環境溫度及地理背景變化而調整感測波段，容易有感測目標準確度降低或感測不到目標的問題。
目前的雙波段感測技術中，不同波段的感測器需搭配不同的讀取電路來達成雙波段感測功能，導致設計上較複雜，製作成本較高。
因此，本發明之第一目的，即在提供一種可降低製作成本的切換式讀取裝置。
於是，本發明切換式讀取裝置，適用於電連接 一第一感測器及一第二感測器，該第一感測器根據一待感測標的的一第一波段產生一第一感測電流，該第二感測器根據一待感測標的的一第二波段產生一第二感測電流，該切換式讀取裝置包含：一放大器、一第一直接注入型讀取電路、一第二直接注入型讀取電路，及一切換模組。
該放大器包括一接收一電壓的正相輸入端、一反相輸入端，及一輸出端。
該第一直接注入型讀取電路包括一電連接於該第一感測器以接收該第一感測電流的電流輸入端，及一偏壓端，且該第一直接注入型讀取電路受控制以將該第一感測電流進行轉換以產生一第一輸出電壓。
該第二直接注入型讀取電路包括一電連接於該第二感測器以接收該第二感測電流的電流輸入端，及一偏壓端，且該第二直接注入型讀取電路受控制以將該第二感測電流進行轉換以產生一第二輸出電壓。
該切換模組電連接於該放大器的反相輸入端、該第一及第二直接注入型讀取電路的電流輸入端，且受控制以決定該二電流輸入端之一是否電連接於該反相輸入端。
該切換模組更電連接於該放大器的輸出端、該第一及第二直接注入型讀取電路的偏壓端，及一偏壓電壓，且受控制以決定那一偏壓端電連接於該輸出端、那一偏壓端電連接於該偏壓電壓。
本發明之第二目的，即在提供另一種切換式讀 取裝置。
本發明切換式讀取裝置，適用於電連接一第一感測器及一第二感測器，該第一感測器根據一待感測標的的一第一波段產生一第一感測電流，該第二感測器根據一待感測標的的一第二波段產生一第二感測電流，該切換式讀取裝置包含：一放大器、一第一直接注入型讀取電路、一第二直接注入型讀取電路，及一切換模組。
該放大器包括一接收一電壓的正相輸入端、一反相輸入端，及一輸出端。
該第一直接注入型讀取電路包括一電連接於該第一感測器以接收該第一感測電流的電流輸入端、一偏壓端、一電容第一端，及一電容第二端，且該第一直接注入型讀取電路受控制以將該第一感測電流進行轉換以產生一第一輸出電壓。
該第二直接注入型讀取電路包括一電連接於該第二感測器以接收該第二感測電流的電流輸入端、一偏壓端、一電容第一端，及一電容第二端，且該第二直接注入型讀取電路受控制以將該第二感測電流進行轉換以產生一第二輸出電壓。
該切換模組電連接於該放大器的反相輸入端、該第一直接注入型讀取電路及第二直接注入型讀取電路的電容第一端，且受控制以決定該二電容第一端之一是否電連接於該反相輸入端。
該切換模組更電連接於該放大器的輸出端、該 第一直接注入型讀取電路及第二直接注入型讀取電路的電容第二端，且受控制以決定該二電容第二端之一是否電連接於該輸出端。
該切換模組更電連接於該第一直接注入型讀取電路及第二直接注入型讀取電路的偏壓端、一接地端，及一偏壓電壓，且受控制以決定那一偏壓端電連接於該接地端、那一偏壓端電連接於該偏壓電壓。
20‧‧‧切換式讀取裝置
2‧‧‧放大器
3‧‧‧第一直接注入型讀取電路
31‧‧‧第一積分單元
32‧‧‧第一取樣保持單元
4‧‧‧第二直接注入型讀取電路
41‧‧‧第二積分單元
42‧‧‧第二取樣保持單元
5‧‧‧切換模組
8‧‧‧第一感測器
9‧‧‧第二感測器
Cint1‧‧‧第一積分電容
Cint2‧‧‧第二積分電容
Cs1‧‧‧第一取樣電容
Cs2‧‧‧第二取樣電容
M1‧‧‧第一電晶體
M2‧‧‧第二電晶體
Mo1‧‧‧第一偏壓電晶體
Mo2‧‧‧第二偏壓電晶體
Mi1‧‧‧正輸入電晶體
Mi2‧‧‧負輸入電晶體
Mo3‧‧‧第三放大電晶體
Mo4‧‧‧第四放大電晶體
Mr1‧‧‧第一重置開關
Mr2‧‧‧第二重置開關
SWb1‧‧‧第一偏壓開關
SWb2‧‧‧第二偏壓開關
SWC1‧‧‧第一電容式輸出開關
SWC2‧‧‧第二電容式輸出開關
SWD1‧‧‧第一注入型輸出開關
SWD2‧‧‧第二注入型輸出開關
SWg1‧‧‧第一接地開關
SWg2‧‧‧第二接地開關
SWn1‧‧‧第一負輸入開關
SWn2‧‧‧第二負輸入開關
SWo1‧‧‧第一輸出開關
SWo2‧‧‧第二輸出開關
SWs1‧‧‧第一取樣開關
SWs2‧‧‧第二取樣開關
SWso1‧‧‧第一取樣輸出開關
SWso2‧‧‧第二取樣輸出開關
SWr1‧‧‧第一取樣重置開關
SWr2‧‧‧第二取樣重置開關
SWv1‧‧‧第一電壓開關
SWv2‧‧‧第二電壓開關
V1‧‧‧電壓
Vadj‧‧‧校準電壓
Vbias‧‧‧偏壓
VDD‧‧‧電源
Vig‧‧‧偏壓電壓
Vout1‧‧‧第一輸出電壓
Vout2‧‧‧第二輸出電壓
φ 1‧‧‧第一訊號
φ 2‧‧‧第二訊號
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明切換式讀取裝置之一第一較佳實施例的電路示意圖；圖2是該第一較佳實施例的一時序圖；圖3是該第一較佳實施例於一DI/BDI模式的電路示意圖；圖4是該第一較佳實施例於一BDI/DI模式的電路示意圖；圖5是該第一較佳實施例於一DI/DI模式的電路示意圖；圖6是本發明切換式讀取裝置之一第二較佳實施例的電路示意圖；圖7是該第二較佳實施例於一DI/CTIA模式的電路示意圖；圖8是該第二較佳實施例於一CTIA/DI模式的電路示意 圖；及圖9是該第二較佳實施例於一DI/DI模式的電路示意圖。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，本發明切換式讀取裝置20之第一較佳實施例適用於電連接一第一感測器8及一第二感測器9。
該第一感測器8根據一待感測標的的一第一波段產生一第一感測電流。
該第二感測器9根據一待感測標的的一第二波段產生一第二感測電流。
於本實施例中，該待感測標的為中長波段紅外線，該第一波段及該第二波段可分別為中波段紅外線訊號(mid-wave Infrared，簡寫為MWIR)及長波段紅外線訊號(long-wave infrared，簡寫為LWIR)，或是長波段紅外線訊號及中波段紅外線訊號。
該切換式讀取裝置20包含一放大器2、一第一直接注入型讀取電路3、一第二直接注入型讀取電路4，及一電連接於該放大器2的切換模組5。
其中，該第一直接注入型讀取電路3、該第二直接注入型讀取電路4分別於受該切換模組5切換而不電連接該放大器2時，維持為直接注入型讀取電路(direct injection，簡寫為DI)，於受該切換模組5切換而電連接該放大器2時，分別與該放大器2形成緩衝直接注入型讀取電路(buffer direct injection，簡寫為BDI)，以適用於不同波段的感測。
該放大器2包括一接收一電壓V1的正相輸入端、一反相輸入端、一輸出端、一第一偏壓電晶體Mo1、一第二偏壓電晶體Mo2、一正輸入電晶體Mi1、一負輸入電晶體Mi2、一第三放大電晶體Mo3，及一第四放大電晶體Mo4。
該第一偏壓電晶體Mo1具有電連接一電源VDD的第一端、一第二端，及一電連接一偏壓Vbias的控制端。
該第二偏壓電晶體Mo2具有電連接該電源VDD的第一端、一第二端，及一電連接該偏壓Vbias的控制端。
該正輸入電晶體Mi1具有電連接該第一偏壓電晶體Mo1的第二端的第一端、一第二端，及一電連接該正相輸入端的控制端。
該負輸入電晶體Mi2具有電連接該第二偏壓電晶體Mo2的第二端與該正輸入電晶體Mi1的第一端的第一端、一電連接該輸出端的第二端，及一電連接該反相輸入端的控制端。
該第三放大電晶體Mo3具有電連接該正輸入電晶體Mi1的第二端的第一端、一接地的第二端，及一電連 接本身第一端的控制端。
該第四放大電晶體Mo4具有一電連接該輸出端的第一端、一接地的第二端，及一電連接該第三放大電晶體Mo3的控制端的控制端。
於本實施例中，該放大器2使用差動對緩衝放大器實施，但不限於此。
該第一直接注入型讀取電路3包括一電連接於該第一感測器8以接收該第一感測電流的電流輸入端、一偏壓端，一第一積分單元31，及一第一取樣保持單元32。
該第一直接注入型讀取電路3受控制以將該第一感測電流進行轉換以產生一第一輸出電壓Vout1。
該第一積分單元31電連接於該電流輸入端及該偏壓端，將該感測電流轉換為一正比於該感測電流的第一積分電壓，並具有：一第一電晶體M1、一第一積分電容Cint1，及一第一重置開關Mr1。
該第一電晶體M1具有電連接該第一感測器8的第一端、一第二端，及一電連接該偏壓端的控制端；該第一積分電容Cint1具有一電連接該第一電晶體M1的第二端且輸出該第一積分電壓的第一端，及一電連接一校準電壓Vadj的第二端；該第一重置開關Mr1電連接於該第一積分電容Cint1兩端，用以重置該第一積分電容Cint1的跨壓。
該第一取樣保持單元32電連接於該第一積分單元31以接收該第一積分電壓，且受控制以對該第一積分電 壓進行取樣和保持以得到該第一輸出電壓Vout1，並具有：一第一取樣開關SWs1、一第一取樣電容Cs1、一第一取樣重置開關SWr1、一第一取樣輸出開關SWso1。
該第一取樣開關SWs1具有電連接於該第一積分電容Cint1的第一端的第一端，及一第二端；該第一取樣電容Cs1具有電連接於該第一取樣開關SWs1的第二端的第一端，及一接地的第二端；該第一取樣重置開關SWr1並聯該第一取樣電容Cs1，用以重置該第一取樣電容Cs1的跨壓；該第一取樣輸出開關SWso1具有電連接於該第一取樣電容Cs1的第一端的第一端，及一輸出該第一輸出電壓Vout1的第二端。
該第二直接注入型讀取電路4包括一電連接於該第二感測器9以接收該第二感測電流的電流輸入端、一偏壓端、一第二積分單元41，及一第二取樣保持單元42。
該第二直接注入型讀取電路4受控制以將該第二感測電流進行轉換以產生一第二輸出電壓Vout2。
該第二積分單元41電連接於該電流輸入端及該偏壓端，該感測電流轉換為一正比於該感測電流的第二積分電壓，並具有：一第二電晶體M2、一第二積分電容Cint2，及一第二重置開關Mr2。
該第二電晶體M2具有電連接該第二感測器9的第一端、一第二端，及一電連接該偏壓端的控制端；該第二積分電容Cint2具有一電連接該第二電晶體M2的第二端且輸出該第二積分電壓的第一端，及一電連接該校準電 壓Vadj的第二端；該第二重置開關Mr2電連接於該第二積分電容Cint2兩端，用以重置該第二積分電容Cint2的跨壓。
該第二取樣保持單元42電連接於該第二積分單元41以接收該第二積分電壓，且受控制以對該第二積分電壓進行取樣和保持以得到該第二輸出電壓Vout2，並具有：一第二取樣開關SWs2、一第二取樣電容Cs2、一第二取樣重置開關SWr2、一第二取樣輸出開關SWso2。
該第二取樣開關SWs2具有電連接於該第二積分電容Cint2的第一端的第一端，及一第二端；該第二取樣電容Cs2具有電連接於該第二取樣開關SWs2的第二端的第一端，及一接地的第二端；該第二取樣重置開關SWr2並聯該第二取樣電容Cs2，用以重置該第二取樣電容Cs2的跨壓；該第二取樣輸出開關SWso2具有電連接於該第二取樣電容Cs2的第一端的第一端，及一輸出該第二輸出電壓Vout2的第二端。
於本實施例中，該第一直接注入型讀取電路3的第一電晶體M1、該第二直接注入型讀取電路4的第二電晶體M2皆為P型金氧半場效電晶體；該第一直接注入型讀取電路3的第一重置開關Mr1、該第二直接注入型讀取電路4的第二重置開關Mr2皆為N型金氧半場效電晶體，但不限於此。
該切換模組5電連接於該放大器2的反相輸入端、該第一直接注入型讀取電路3及第二直接注入型讀取 電路4的電流輸入端，且受控制以決定該二電流輸入端之一是否電連接於該反相輸入端。
該切換模組5更電連接於該放大器2的輸出端、該第一直接注入型讀取電路3及第二直接注入型讀取電路4的偏壓端，及一偏壓電壓Vig，且受控制以決定那一偏壓端電連接於該輸出端、那一偏壓端電連接於該偏壓電壓Vig。
該切換模組5包括：一第一負輸入開關SWn1、一第一輸出開關SWo1、一第一偏壓開關SWb1、一第二負輸入開關SWn2、一第二輸出開關SWo2，及一第二偏壓開關SWb2。
該第一負輸入開關SWn1電連接於該放大器2的反相輸入端與該第一電晶體M1的第一端間，並受一第一訊號φ 1控制於導通及不導通間切換。
該第一輸出開關SWo1電連接於該放大器2的輸出端與該第一電晶體M1的控制端間，並受該第一訊號φ 1控制於導通及不導通間切換。
該第一偏壓開關SWb1電連接於該偏壓電壓Vig與該第一電晶體M1的控制端間，並受該第一訊號φ 1控制於導通及不導通間切換。
該第二負輸入開關SWn2電連接於該放大器2的反相輸入端與該第二電晶體M2的第一端間，並受一第二訊號φ 2控制於導通及不導通間切換。
該第二輸出開關SWo2電連接於該放大器2的輸 出端與該第二電晶體M2的控制端間，並受該第二訊號φ 2控制於導通及不導通間切換。
該第二偏壓開關SWb2電連接於該偏壓電壓Vig與該第二電晶體M2的控制端間，並受該第二訊號φ 2控制於導通及不導通間切換。
參閱圖1及圖2，一般使用時，先藉由該第一重置開關Mr1、該第二重置開關Mr2重置該第一積分電容Cint1、該第二積分電容Cint2的電壓(圖2中Reset訊號)，再由該等感測器8、9感測紅外線訊號並產生光電流，分別經由該第一電晶體M1、該第二電晶體M2注入該第一積分電容Cint1、該第二積分電容Cint2作積分，於結束積分動作後，經由該第一取樣開關SWs1、該第二取樣開關SWs2、該第一取樣電容Cs1及該第二取樣電容Cs2作取樣(sample)動作(圖2中S/H訊號)，再由該第一取樣輸出開關SWso1、該第二取樣輸出開關SWso2輸出(圖2中SWso訊號)，該第一取樣重置開關SWr1、該第二取樣重置開關SWr2則於取樣動作前重置該第一取樣電容Cs1及該第二取樣電容Cs2的電壓(圖2中SWr訊號)，以進行下一次的積分及取樣動作。
如圖3、圖4及圖5所示，為方便說明，只畫出部分電路，且該校準電壓Vadj以接地表示，分別用以說明該第一直接注入型讀取電路3、該第二直接注入型讀取電路4與該放大器2連接的情形。
DI/BDI(中波段/長波段)
參閱圖2及圖3，在該第一訊號φ 1為1，該第二訊號φ 2為0時，該第一直接注入型讀取電路3電連接該放大器2，該第二直接注入型讀取電路4不電連接該放大器2，此時該第一直接注入型讀取電路3與該放大器2形成緩衝直接注入型讀取電路，該第二直接注入型讀取電路4仍然為直接注入型讀取電路。
其中，該緩衝直接注入型讀取電路由於包含放大器2，因此具有穩定的感測偏壓、高注入效應、較理想的線性度及低雜訊干擾，通常用以讀取長波段訊號，該直接注入型讀取電路則用以讀取中波段訊號。
如圖3中所示，該緩衝直接注入型讀取電路中，該放大器2輸出端與該第一電晶體M1的控制端電連接，該放大器2的反相輸入端與該第一電晶體M1的源極端電連接，使輸入阻抗由1/gm變為1/(1+A)gm而提高注入效益，該放大器2的正相輸入端電連接該電壓V1，藉由放大器2的虛短路特性，可固定該第一感測器8的偏壓為該電壓V1。
該第一感測器8感測紅外線訊號後，產生光電流注入該第一電晶體M1，並由該第一積分電容Cint1累積電流電荷，而電流轉換成電壓的電壓值為，其中t為積分時間，參數V int 為該第一積分電壓，藉由該第一重置開關Mr1的切換來控制積分時間以得到該第一積分電壓V int ，由公式中可看出，該第一積分電壓V int 將正比於該第一感測器8所產生的光電流大小，積分動作結束後，即可 提供後續電路作取樣動作。
於該直接注入型讀取電路中，該偏壓電壓Vig用以使該第二電晶體M2導通，該第二感測器9感測紅外線訊號所產生的光電流經由該第二電晶體M2注入該第二積分電容Cint2累積電荷，電流轉換成電壓的公式為，藉由該第二重置開關Mr2的切換來控制積分時間以得到該第二積分電壓V int ，由公式中可看出，該第二積分電壓V int 將正比於該第二感測器9所產生的光電流大小，積分動作結束後，即可提供後續電路作取樣動作。
BDI/DI(長波段/中波段)
參閱圖2及圖4，在該第一訊號φ 1為0，該第二訊號φ 2為1時，該第一直接注入型讀取電路3不電連接該放大器2，該第二直接注入型讀取電路4電連接該放大器2，此時該第一直接注入型讀取電路3仍然為直接注入型讀取電路，該第二直接注入型讀取電路4與該放大器2形成緩衝直接注入型讀取電路。
實際運作方式同上所述，故不重述。
DI/DI(中波段/中波段)
參閱圖2及圖5，在該第一訊號φ 1為0，該第二訊號φ 2為0時，該第一直接注入型讀取電路3、該第二直接注入型讀取電路4皆不電連接該放大器2，此時該第一直接注入型讀取電路3、該第二直接注入型讀取電路4皆維持為直接注入型讀取電路，故電路的解析度可以增加一倍。
參閱圖1，值得一提的是，由於本實施例的架構中，該第一直接注入型讀取電路3及該第二直接注入型讀取電路4藉由該切換模組5共享一個放大器2，所以在電路佈局(layout)時，可以將該第一直接注入型讀取電路3及半個放大器2作為一個像素設置於一第一區，該第二直接注入型讀取電路4及另外半個放大器2作為一個像素設置於相鄰之一第二區，且該放大器2設置於該第一直接注入型讀取電路3及該第二直接注入型讀取電路4間，如此可將放大器2的面積分攤在兩個像素上，使每個像素受放大器2占用的面積減少一半。
實際使用時，可以依照使用需求切換該切換式讀取裝置20為DI/BDI、BDI/DI、或DI/DI模式，以因應所需的感測波段，且由於該等感測器8、9在製作過程上會有所差異，亦可以依實際量測結果來決定要使用DI/BDI、BDI/DI、或DI/DI模式，或是當有該等感測器8、9損壞時，亦可以藉由模式切換而避開損壞的該等感測器8、9。
本實施例亦可搭配製程調整，在預計使用DI的電路上設置中波段的感測器，在預計使用BDI的電路上設置長波段的感測器，如此更能增加可感測的波段寬度。
經由以上的說明，可將本實施例的優點歸納如下：一、藉由設置該切換模組5，可以藉由控制該第一訊號φ 1及該第二訊號φ 2而立即切換該切換式讀取裝置20為DI/BDI、BDI/DI、DI/DI模式，以分別應用於中波 段/長波段、長波段/中波段、中波段/中波段紅外線感測，可以使用同一個切換式讀取裝置20來適應所需的感測波段，而不需如習知技術中，需使用不同的讀取電路來搭配不同波段的感測器，可以降低設計複雜度及製作成本。
二、藉由使該第一直接注入型讀取電路3及該第二直接注入型讀取電路4共享一個放大器2，在電路佈局時，可以將放大器2的面積分攤在兩個像素上，使每個像素受放大器2占用的面積減少一半，且由於該放大器2直接放置於該第一直接注入型讀取電路3及該第二直接注入型讀取電路4間，使該放大器2的元件可以集中佈局，而有較佳的對稱性，進而得到較好的穩定性。
參閱圖6，為本發明切換式讀取裝置的一第二較佳實施例，該第二較佳實施例是類似於該第一較佳實施例，該第二較佳實施例與該第一較佳實施例的差異在於：於該第二較佳實施例中，該待感測標的為中短波段紅外線，該第一波段及該第二波段可分別為中波段紅外線訊號及短波段紅外線訊號(short-wave infrared，簡寫為SWIR)，或是短波段紅外線訊號及中波段紅外線訊號。
該第一直接注入型讀取電路3、該第二直接注入型讀取電路4分別於受該切換模組5切換而不電連接該放大器2時，維持為直接注入型讀取電路，於受該切換模組5切換而電連接該放大器2時，分別與該放大器2形成電容式轉阻放大器電路(capacitive trans-impedance amplifier，簡寫為CTIA)，以適用於不同波段的感測。
該第一直接注入型讀取電路3包括一電連接於該第一感測器8以接收該第一感測電流的電流輸入端、一偏壓端、一電容第一端、一電容第二端、一第一積分單元31，及一第一取樣保持單元32。
該第一直接注入型讀取電路3受控制以將該第一感測電流進行轉換以產生一第一輸出電壓Vout1。
該第一積分單元31電連接於該電流輸入端、該偏壓端、該電容第一端及該電容第二端，將該感測電流轉換為一正比於該感測電流的第一積分電壓，並具有：一第一電晶體M1、一第一積分電容Cint1、一第一重置開關Mr1。
該第一電晶體M1具有電連接該第一感測器8的第一端、一電連接該電容第一端的第二端，及一電連接該偏壓端的控制端；該第一積分電容Cint1具有一電連接該第一電晶體M1的第二端的第一端，及一電連接該電容第二端的第二端；該第一重置開關Mr1電連接於該第一積分電容Cint1兩端，用以重置該第一積分電容Cint1的跨壓。
該第一取樣保持單元32透過該切換模組5切換以電連接該第一積分單元31，受控制以對該第一積分電壓進行取樣和保持以得到該第一輸出電壓Vout1；且該第一取樣開關SWs1的第一端電連接於該切換模組5。
該第二直接注入型讀取電路4包括一電連接於該第二感測器9以接收該第二感測電流的電流輸入端、一 偏壓端、一電容第一端、一電容第二端、一第二積分單元41，及一第二取樣保持單元42。
該第二直接注入型讀取電路4受控制以將該第二感測電流進行轉換以產生一第二輸出電壓Vout2。
該第二積分單元41電連接於該電流輸入端、該偏壓端、該電容第一端及該電容第二端，將該感測電流轉換為一第二積分電壓，並具有：一第二電晶體M2、一第二積分電容Cint2、一第二重置開關Mr2。
該第二電晶體M2具有電連接該第二感測器9的第一端、一電連接該電容第一端的第二端，及一電連接該偏壓端的控制端；該第二積分電容Cint2具有一電連接該第二電晶體M2的第二端的第一端，及一電連接該電容第二端的第二端；該第二重置開關Mr2電連接於該第二積分電容Cint2兩端，用以重置該第二積分電容Cint2的跨壓。
該第二取樣保持單元42透過該切換模組5切換以電連接該第二積分單元41，且受控制以對該第二積分電壓進行取樣和保持以得到該第二輸出電壓Vout2；且該第二取樣開關SWs2的第一端電連接於該切換模組5。
該切換模組5電連接於該放大器2的反相輸入端、該第一直接注入型讀取電路3及第二直接注入型讀取電路4的電容第一端，且受控制以決定該二電容第一端之一是否電連接於該反相輸入端。
該切換模組5更電連接於該放大器2的輸出 端、該第一直接注入型讀取電路3及第二直接注入型讀取電路4的電容第二端，且受控制以決定該二電容第二端之一是否電連接於該輸出端。
該切換模組5更電連接於該第一直接注入型讀取電路3及第二直接注入型讀取電路4的偏壓端、一接地端，及該偏壓電壓Vig，且受控制以決定那一偏壓端電連接於該接地端、那一偏壓端電連接於該偏壓電壓Vig。
該切換模組5包括：一第一接地開關SWg1、一第一負輸入開關SWn1、一第一輸出開關SWo1、一第一偏壓開關SWb1、一第一電壓開關SWv1、一第一注入型輸出開關SWD1、一第一電容式輸出開關SWC1、一第二接地開關SWg2、一第二負輸入開關SWn2、一第二輸出開關SWo2、一第二偏壓開關SWb2、一第二電壓開關SWv2、一第二注入型輸出開關SWD2，及一第二電容式輸出開關SWC2。
該第一接地開關SWg1電連接於該第一電晶體M1的控制端與接地間，並受該第一訊號φ 1控制於導通及不導通間切換。
該第一負輸入開關SWn1電連接於該放大器2的反相輸入端與該第一積分電容Cint1的第一端間，並受該第一訊號φ 1控制於導通及不導通間切換。
該第一輸出開關SWo1電連接於該放大器2的輸出端與該第一積分電容Cint1的第二端間，並受該第一訊號φ 1控制於導通及不導通間切換。
該第一偏壓開關SWb1電連接於該偏壓電壓Vig與該第一電晶體M1的控制端間，並受該第一訊號φ 1控制於導通及不導通間切換。
該第一電壓開關SWv1電連接於該第一積分電容Cint1的第二端與該校準電壓Vadj間，並受該第一訊號φ 1控制於導通及不導通間切換。
該第一注入型輸出開關SWD1電連接於該第一積分電容Cint1的第一端與該第一取樣開關SWs1的第一端間，並受該第一訊號φ 1控制於導通及不導通間切換。
該第一電容式輸出開關SWC1電連接於該放大器2的輸出端與該第一取樣開關SWs1的第一端間，並受該第一訊號φ 1控制於導通及不導通間切換。
該第二接地開關SWg2電連接於該第二電晶體M2的控制端與接地間，並受該第二訊號φ 2控制於導通及不導通間切換。
該第二負輸入開關SWn2電連接於該放大器2的反相輸入端與該第二積分電容Cint2的第一端間，並受該第二訊號φ 2控制於導通及不導通間切換。
該第二輸出開關SWo2電連接於該放大器2的輸出端與該第二積分電容Cint2的第二端間，並受該第二訊號φ 2控制於導通及不導通間切換。
該第二偏壓開關SWb2電連接於該偏壓電壓Vig與該第二電晶體M2的控制端間，並受該第二訊號φ 2控制於導通及不導通間切換。
該第二電壓開關SWv2電連接於該第二積分電容Cint2的第二端與該校準電壓Vadj間，並受該第二訊號φ 2控制於導通及不導通間切換。
該第二注入型輸出開關SWD2電連接於該第二積分電容Cint2的第一端與該第二取樣開關SWs2的第一端間，並受該第二訊號φ 2控制於導通及不導通間切換。
該第二電容式輸出開關SWC2電連接於該放大器2的輸出端與該第二取樣開關SWs2的第一端間，並受該第二訊號φ 2控制於導通及不導通間切換。
如圖7、圖8及圖9所示，為方便說明，只畫出部分電路，且該校準電壓Vadj以接地表示，分別用以說明該第一直接注入型讀取電路3、該第二直接注入型讀取電路4與該放大器2連接的情形。
DI/CTIA(中波段/短波段)
參閱圖2及圖7，在該第一訊號φ 1為1，該第二訊號φ 2為0時，該第一直接注入型讀取電路3電連接該放大器2，該第二直接注入型讀取電路4不電連接該放大器2，此時該第一直接注入型讀取電路3與該放大器2形成電容式轉阻放大器電路，該第二直接注入型讀取電路4仍然為直接注入型讀取電路。
其中，由於該電容式轉阻放大器電路的電容(第一積分電容Cint1)設置在放大器2的負迴授路徑上，因此根據密勒效應(Miller effect)，可以減少電容(第一積分電容Cint1)的面積，而得到低雜訊干擾及高敏感度，該電 容式轉阻放大器電路具有高線性度、良好的偏壓控制及低輸入阻抗，通常用以讀取短波段訊號，該直接注入型讀取電路則用以讀取中波段訊號。
如圖7中所示，該電容式轉阻放大器電路中，該放大器2的反相輸入端電連接該第一積分電容Cint1的第一端，該放大器2的輸出端電連接該第一積分電容Cint1的第二端，該第一電晶體M1的控制端接地，該放大器2的正相輸入端電連接該電壓V1，藉由放大器2的虛短路特性，可固定該第一感測器8的偏壓為該電壓V1。
該第一感測器8感測紅外線訊號後，產生光電流注入該第一電晶體M1，並由該第一積分電容Cint1累積電流電荷，該第一積分電容Cint1的電壓值依公式變化，其中t為積分時間，參數V int 為該第一積分電壓，V com 為該等感測器8、9的共同電壓，藉由該第一重置開關Mr1的切換來控制積分時間以得到該第一積分電壓V int ，由公式中可看出，該第一積分電壓V int 將正比於該第一感測器8所產生的光電流大小，積分動作結束後，即可由該第一積分電容Cint1的第二端經由該第一電容式輸出開關SWC1提供後續電路作取樣動作。
該第二直接注入型讀取電路4所產生的該第二積分電壓V int 則由該第二積分電容Cint2的第一端經由該第二注入型輸出開關SWD2提供後續電路作取樣動作。
CTIA/DI(短波段/中波段)
參閱圖2及圖8，在該第一訊號φ 1為0，該第 二訊號φ 2為1時，該第一直接注入型讀取電路3不電連接該放大器2，該第二直接注入型讀取電路4電連接該放大器2，此時該第一直接注入型讀取電路3仍然為直接注入型讀取電路，該第二直接注入型讀取電路4與該放大器2形成電容式轉阻放大器電路。
此時該第一直接注入型讀取電路3所產生的該第一積分電壓V int 由該第一積分電容Cint1的第一端經由該第一注入型輸出開關SWD1提供後續電路作取樣動作。
該電容式轉阻放大器電路所產生的該第二積分電壓V int 則由該第二積分電容Cint2的第二端經由該第二電容式輸出開關SWC2提供後續電路作取樣動作。
由於實際運作方式同上所述，故不重述。
DI/DI(中波段/中波段)
參閱圖2及圖9，在該第一訊號φ 1為0，該第二訊號φ 2為0時，該第一直接注入型讀取電路3、該第二直接注入型讀取電路4皆不電連接該放大器2，此時該第一直接注入型讀取電路3、該第二直接注入型讀取電路4皆維持為直接注入型讀取電路，故電路的解析度可以增加一倍。
如此，該第二較佳實施例可以藉由控制該第一訊號φ 1及該第二訊號φ 2而立即切換為DI/CTIA、CTIA/DI、DI/DI模式，以分別應用於中波段/短波段、短波段/中波段、中波段/中波段紅外線感測，故亦可達到與上述第一較佳實施例相同的目的與功效。
綜上所述，本發明可藉由開關切換達成雙波段感測以降低製作成本、能因應使用需求而調整感測波段，並可減少放大器2於每一個像素所占用的面積，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
20‧‧‧切換式讀取裝置
2‧‧‧放大器
3‧‧‧第一直接注入型讀取電路
31‧‧‧第一積分單元
32‧‧‧第一取樣保持單元
4‧‧‧第二直接注入型讀取電路
41‧‧‧第二積分單元
42‧‧‧第二取樣保持單元
5‧‧‧切換模組
8‧‧‧第一感測器
9‧‧‧第二感測器
Cint1‧‧‧第一積分電容
Cint2‧‧‧第二積分電容
Cs1‧‧‧第一取樣電容
Cs2‧‧‧第二取樣電容
M1‧‧‧第一電晶體
M2‧‧‧第二電晶體
Mo1‧‧‧第一偏壓電晶體
Mo2‧‧‧第二偏壓電晶體
Mi1‧‧‧正輸入電晶體
Mi2‧‧‧負輸入電晶體
Mo3‧‧‧第三放大電晶體
Mo4‧‧‧第四放大電晶體
Mr1‧‧‧第一重置開關
Mr2‧‧‧第二重置開關
SWb1‧‧‧第一偏壓開關
SWb2‧‧‧第二偏壓開關
SWn1‧‧‧第一負輸入開關
SWn2‧‧‧第二負輸入開關
SWo1‧‧‧第一輸出開關
SWo2‧‧‧第二輸出開關
SWs1‧‧‧第一取樣開關
SWs2‧‧‧第二取樣開關
SWso1‧‧‧第一取樣輸出開關-
SWso2‧‧‧第二取樣輸出開關-
SWr1‧‧‧第一取樣重置開關
SWr2‧‧‧第二取樣重置開關
V1‧‧‧電壓
Vadj‧‧‧校準電壓
Vbias‧‧‧偏壓
VDD‧‧‧電源
Vig‧‧‧偏壓電壓
Vout1‧‧‧第一輸出電壓
Vout2‧‧‧第二輸出電壓
φ 1‧‧‧第一訊號
φ 2‧‧‧第二訊號

Claims (9)

  1. 一種切換式讀取裝置，適用於電連接一第一感測器及一第二感測器，該第一感測器根據一待感測標的的一第一波段產生一第一感測電流，該第二感測器根據一待感測標的的一第二波段產生一第二感測電流，該切換式讀取裝置包含：一放大器，包括一接收一電壓的正相輸入端、一反相輸入端，及一輸出端；一第一直接注入型讀取電路，包括一電連接於該第一感測器以接收該第一感測電流的電流輸入端，及一偏壓端，該第一直接注入型讀取電路受控制以將該第一感測電流進行轉換以產生一第一輸出電壓；一第二直接注入型讀取電路，包括一電連接於該第二感測器以接收該第二感測電流的電流輸入端，及一偏壓端，該第二直接注入型讀取電路受控制以將該第二感測電流進行轉換以產生一第二輸出電壓；及一切換模組，電連接於該放大器的反相輸入端、該第一及第二直接注入型讀取電路的電流輸入端，且受控制以決定該二電流輸入端之一是否電連接於該反相輸入端；該切換模組更電連接於該放大器的輸出端、該第一及第二直接注入型讀取電路的偏壓端，及一偏壓電壓，且受控制以決定那一偏壓端電連接於該輸出端、那一偏壓端電連接於該偏壓電壓。
  2. 如請求項1所述的切換式讀取裝置，其中：該第一直接注入型讀取電路包括：一第一積分單元，電連接於該電流輸入端及該偏壓端，將該感測電流轉換為一正比於該感測電流的第一積分電壓；及一第一取樣保持單元，電連接於該第一積分單元以接收該第一積分電壓，且受控制以對該第一積分電壓進行取樣和保持以得到該第一輸出電壓；該第二直接注入型讀取電路包括：一第二積分單元，電連接於該電流輸入端及該偏壓端，將感測電流轉換為一正比於該感測電流的第二積分電壓；及一第二取樣保持單元，電連接於該第二積分單元以接收該第二積分電壓，且受控制以對該第二積分電壓進行取樣和保持以得到該第二輸出電壓。
  3. 如請求項2所述的切換式讀取裝置，其中：該第一積分單元具有：一第一電晶體，具有電連接該第一感測器的第一端、一第二端，及一電連接該偏壓端的控制端；一第一積分電容，具有一電連接該第一電晶體的第二端的第一端，及一電連接一校準電壓的第二端；及一第一重置開關，電連接於該第一積分電容兩端，用以重置該第一積分電容的跨壓；該第一取樣保持單元具有： 一第一取樣開關，具有電連接於該第一積分電容的第一端的第一端，及第二端；一第一取樣電容，具有電連接於該第一取樣開關的第二端的第一端，及接地的第二端；及一第一取樣重置開關，並聯該第一取樣電容，用以重置該第一取樣電容的跨壓；該第二積分單元具有：一第二電晶體，具有電連接該第二感測器的第一端、一第二端，及一電連接該偏壓端的控制端；一第二積分電容，具有一電連接該第二電晶體的第二端的第一端，及一電連接該校準電壓的第二端；及一第二重置開關，電連接於該第二積分電容兩端，用以重置該第二積分電容的跨壓；該第二取樣保持單元具有：一第二取樣開關，具有電連接於該第二積分電容的第一端的第一端，及第二端；一第二取樣電容，具有電連接於該第二取樣開關的第二端的第一端，及接地的第二端；及一第二取樣重置開關，並聯該第二取樣電容，用以重置該第二取樣電容的跨壓。
  4. 如請求項3所述的切換式讀取裝置，其中：該切換模組包括：一第一負輸入開關，電連接於該放大器的反相輸入端與該第一電晶體的第一端間； 一第一輸出開關，電連接於該放大器的輸出端與該第一電晶體的控制端間；一第一偏壓開關，電連接於該偏壓電壓與該第一電晶體的控制端間；一第二負輸入開關，電連接於該放大器的反相輸入端與該第二電晶體的第一端間；一第二輸出開關，電連接於該放大器的輸出端與該第二電晶體的控制端間；及一第二偏壓開關，電連接於該偏壓電壓與該第二電晶體的控制端間；該第一直接注入型讀取電路、該第二直接注入型讀取電路分別於受該切換模組切換而電連接該放大器時，分別與該放大器形成緩衝直接注入型讀取電路；該第一負輸入開關、該第一輸出開關、該第一偏壓開關分別受一第一訊號控制於導通及不導通間切換；該第二負輸入開關、該第二輸出開關、該第二偏壓開關分別受一第二訊號控制於導通及不導通間切換。
  5. 如請求項1所述的切換式讀取裝置，其中，於電路佈局時，該第一直接注入型讀取電路設置於一第一區，該第二直接注入型讀取電路設置於相鄰之一第二區，且該放大器設置於該第一直接注入型讀取電路及該第二直接注入型讀取電路間，並分別設置半電路於該第一區及該第二區。
  6. 一種切換式讀取裝置，適用於電連接一第一感測器及一 第二感測器，該第一感測器根據一待感測標的的一第一波段產生一第一感測電流，該第二感測器根據一待感測標的的一第二波段產生一第二感測電流，該切換式讀取裝置包含：一放大器，包括一接收一電壓的正相輸入端、一反相輸入端，及一輸出端；一第一直接注入型讀取電路，包括一電連接於該第一感測器以接收該第一感測電流的電流輸入端、一偏壓端、一電容第一端，及一電容第二端，該第一直接注入型讀取電路受控制以將該第一感測電流進行轉換以產生一第一輸出電壓；一第二直接注入型讀取電路，包括一電連接於該第二感測器以接收該第二感測電流的電流輸入端、一偏壓端、一電容第一端，及一電容第二端，該第二直接注入型讀取電路受控制以將該第二感測電流進行轉換以產生一第二輸出電壓；及一切換模組，電連接於該放大器的反相輸入端、該第一直接注入型讀取電路及第二直接注入型讀取電路的電容第一端，且受控制以決定該二電容第一端之一是否電連接於該反相輸入端；該切換模組更電連接於該放大器的輸出端、該第一直接注入型讀取電路及第二直接注入型讀取電路的電容第二端，且受控制以決定該二電容第二端之一是否電連接於該輸出端； 該切換模組更電連接於該第一直接注入型讀取電路及第二直接注入型讀取電路的偏壓端、一接地端，及一偏壓電壓，且受控制以決定那一偏壓端電連接於該接地端、那一偏壓端電連接於該偏壓電壓。
  7. 如請求項6所述的切換式讀取裝置，其中：該第一直接注入型讀取電路包括：一第一積分單元，電連接於該電流輸入端、該偏壓端、該電容第一端及該電容第二端，將該感測電流轉換為一正比於該感測電流的第一積分電壓；及一第一取樣保持單元，透過該切換模組切換以電連接該第一積分單元，且受控制以對該第一積分電壓進行取樣和保持以得到該第一輸出電壓；該第二直接注入型讀取電路包括：一第二積分單元，電連接於該電流輸入端、該偏壓端、該電容第一端及該電容第二端，將該感測電流轉換為一正比於該感測電流的第二積分電壓；及一第二取樣保持單元，透過該切換模組切換以電連接該第二積分單元，且受控制以對該第二積分電壓進行取樣和保持以得到該第二輸出電壓。
  8. 如請求項7所述的切換式讀取裝置，其中：該第一積分單元具有：一第一電晶體，具有電連接該第一感測器的第一端、一電連接該電容第一端的第二端，及一電連接該偏壓端的控制端； 一第一積分電容，具有一電連接該第一電晶體的第二端的第一端，及一電連接該電容第二端的第二端；及一第一重置開關，電連接於該第一積分電容兩端，用以重置該第一積分電容的跨壓；該第一取樣保持單元具有：一第一取樣開關，具有電連接於該切換模組的第一端，及第二端；一第一取樣電容，具有電連接於該第一取樣開關的第二端的第一端，及接地的第二端；及一第一取樣重置開關，並聯該第一取樣電容，用以重置該第一取樣電容的跨壓；該第二積分單元具有：一第二電晶體，具有電連接該第二感測器的第一端、一電連接該電容第一端的第二端，及一電連接該偏壓端的控制端；一第二積分電容，具有一電連接該第二電晶體的第二端的第一端，及一電連接該電容第二端的第二端；及一第二重置開關，電連接於該第二積分電容兩端，用以重置該第二積分電容的跨壓；該第二取樣保持單元具有：一第二取樣開關，具有電連接於該切換模組的第一端，及第二端；一第二取樣電容，具有電連接於該第二取樣開關的第二端的第一端，及接地的第二端；及 一第二取樣重置開關，並聯該第二取樣電容，用以重置該第二取樣電容的跨壓。
  9. 如請求項8所述的切換式讀取裝置，其中：該切換模組包括：一第一接地開關，電連接於該第一電晶體的控制端與接地間，並受一第一訊號控制於導通及不導通間切換；一第一負輸入開關，電連接於該放大器的反相輸入端與該第一積分電容的第一端間，並受該第一訊號控制於導通及不導通間切換；一第一輸出開關，電連接於該放大器的輸出端與該第一積分電容的第二端間，並受該第一訊號控制於導通及不導通間切換；一第一偏壓開關，電連接於該偏壓電壓與該第一電晶體的控制端間，並受該第一訊號控制於導通及不導通間切換；一第一電壓開關，電連接於該第一積分電容的第二端與一校準電壓間，並受該第一訊號控制於導通及不導通間切換；一第一注入型輸出開關，電連接於該第一積分電容的第一端與該第一取樣開關的第一端間，並受該第一訊號控制於導通及不導通間切換；一第一電容式輸出開關，電連接於該放大器的輸出端與該第一取樣開關的第一端間，並受該第一訊號控制 於導通及不導通間切換；一第二接地開關，電連接於該第二電晶體的控制端與接地間，並受一第二訊號控制於導通及不導通間切換；一第二負輸入開關，電連接於該放大器的反相輸入端與該第二積分電容的第一端間，並受該第二訊號控制於導通及不導通間切換；及一第二輸出開關，電連接於該放大器的輸出端與該第二積分電容的第二端間，並受該第二訊號控制於導通及不導通間切換；一第二偏壓開關，電連接於該偏壓電壓與該第二電晶體的控制端間，並受該第二訊號控制於導通及不導通間切換；一第二電壓開關，電連接於該第二積分電容的第二端與該校準電壓間，並受該第二訊號控制於導通及不導通間切換；一第二注入型輸出開關，電連接於該第二積分電容的第一端與該第二取樣開關的第一端間，並受該第二訊號控制於導通及不導通間切換；及一第二電容式輸出開關，電連接於該放大器的輸出端與該第二取樣開關的第一端間，並受該第二訊號控制於導通及不導通間切換；該第一直接注入型讀取電路、該第二直接注入型讀取電路分別於受該切換模組切換而電連接該放大器時 ，分別與該放大器形成電容式轉阻放大器電路。
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