当时固体微光器材以EBCCD及EMCCD器材为主，跟着CMOS工艺及电路规划技能的开展,微光CMOS图画传感器的功能在不断进步，经过选用专项技能，微光CMOS图画传感器的功能已挨近EMCCD的功能，揭开了CMOS图画传感器在微光范畴运用的前奏。跟着对微光CMOS图画传感器研讨的进一步深化，在不远的未来，微光CMOS图画传感器的功能将到达夜视运用要求，在微光器材范畴占有重要位置。
读出电路是微光CMOS图画传感器的重要组成部分，它的基本功能是将探测器弱小的电流、电压或电阻改动转换成后续信号处理电路能够处理的电信号，它的噪声水平约束着CMOS图画传感器在微光下的运用。微光条件下像素的输出信号十分弱小，任何过大的电路噪声、偏移都能够将信号埋没，因而进步读出电路输出信号的SNR是微光规划的要害之一。本文选用的新式电容反应跨阻放大型读出电路CTIA电路，能够供给很低的探测器输入阻抗和稳定的探测器偏置电压，在从很低到很高的布景范围内，都具有十分低的噪声，其输出信号的线性度和均匀性也很好，合适弱小信号的读出。?
1 电路规划
为完结探测器输出电流向电压的准确转化，所规划的电路由CTIA和相关双采样(CDS)组成，CTIA由反向放大器
和反应积分电容构成的一种复位积分器。其增益巨细由积分电容确认。图1为典型CTIA电路结构。
图1 典型CTIA电路结构
当Reset信号为高时，MOS开关注册，由运算放大器的虚短特性可知，输入端的电压与Vref持平，此刻积分电容两头电压持平，都为Vref。当reset信号变为低电平时，MOS开关关断，由于输入端的电压由Vref操控，因而在积分电容Cf右极板上发生感应电荷并渐渐堆集，右极板电压逐步增大，积分进程开端。终究电压经过相关双采样电路读出。
2 要害单元电路规划
2.1高增益低噪声CTIA电路
为了进步读出电路的增益，使电路能在比较短的积分时间内，读出PA级的电流，电路中的积分电容要十分小。一起为了进步信噪比，在减小积分电容的一起，电路噪声也要减小。在新式电路结构中，选用T型网络电容加nmos开关，电路结构如图2所示。
由于C1和C2的效果，使得Cf在CTIA反应回路中的有用值削减，其有用值为：Cfb=(C2Cf)/(Cf+C1+C2)，这样Cf能够取相对较大的值，避免了运用小电容，由于小电容在工艺上较难完结，且差错较大。在本电路中，Cf=20fF，C2=18fF，C1=150fF，则Cfb=2fF。
图3为该电路的作业时序。
该电路可作业在高增益形式或低增益形式。在高增益形式，当reset为高电平时，gaIn导通，这时有用电容为Cf，当reset为低电平时，gaIn关断，此刻的积分电容为Cf、C1和C2组成的T型网络电容，这样确保了电路在复位时大电容，可有用下降噪声，积分时小电容，可大大进步增益。当gaIn一向为高电平时，电路作业在低增益形式。
2.2相关双采样
相关双采样电路由两组电容和开关组成，电路作业进程如下。首要，开端积分，R导通，相关双采样电路先读出像素的复位信号，存储Vreset电压到电容Creset中。积分完结，开关S导通，将电压Vread储存到电容Csig中。终究，将存储在两个电容之上的电压值相减得到终究的像素输出电压值：
Vout=Vouts-Voutr
这种结构能够很好的消除CMOS图画传感器中像素的复位噪声、1/f噪声以及像素内的固定形式噪声。
3 噪声剖析
CMOS读出电路中包含光探测器、MOS管和电容3种元件。光探测器和MOS管是读出电路的首要噪声源，这些噪声包含：一方面光探测器和MOS管的固有噪声;另一方面由读出电路结构和作业方式引起的噪声。
3.1光探测器噪声
复位噪声是由复位管引进的一种随机噪声。当像素进行复位时，复位管处于饱满区或亚阈值区，详细状况取决于光电二极管的电压值。复位管导通时能够等效为一个电阻，而电阻存在的热噪声将引进到复位信号构成复位噪声。其巨细与二极管的电容有关，复位噪声电压为
光电流散粒噪声与照度有关，很难消除。与暗电流有关的散粒噪声能够经过改动掺杂浓度减小暗电流，但这会下降量子功率。在本电路中，In=100fA，Is=20pA，Tint=20μs，Cint=2fF，则Vdarkn=0.28mV，Vsn=4mV。
3.2 读出电路噪声
闪耀噪声也称为1/f噪声。在半导体材猜中，晶体缺陷和杂质的存在会发生圈套，圈套随机捕获或开释载流子构成闪耀噪声。在读出电路中，CTIA放大器是闪耀噪声的首要来历。
CTIA读出噪声与输入端电容Cin=Cpd、反应电容Cfb，以及负载电容CL的规划均有关，其小信号噪声模型如图4所示。
