[发明专利]一种低噪声电荷灵敏前置放大器及减小输入电容的方法

权利要求书

1.一种低噪声电荷灵敏前置放大器，其特征在于：包括电荷收集电极、屏蔽层、Guardring、放大器和嵌位二极管(D)；电荷收集电极、屏蔽层、嵌位二极管(D)均与放大器连接。

2.如权利要求1所述低噪声电荷灵敏前置放大器，其特征在于：电荷收集电极为六边形，底层金属为屏蔽层。

3.如权利要求1所述低噪声电荷灵敏前置放大器，其特征在于：放大器包括第一场效应晶体管(M1)、第二场效应晶体管(M2)、第三场效应晶体管(M3)、第四场效应晶体管(M4)、第五场效应晶体管(M5)、第六场效应晶体管(M6)、第七场效应晶体管(M7)、第八场效应晶体管(M8)、第九场效应晶体管(M9)、第十场效应晶体管(M10)、第十一场效应晶体管(M11)、第一电容(Cs)、第二电容(Cc)；电荷收集电极与第一场效应晶体管(M1)的栅极相接，第一场效应晶体管(M1)的源极与第七场效应晶体管(M7)的漏极、第三场效应晶体管(M3)的源极和第一电容(Cs)的一个极板相接，第一场效应晶体管(M1)的漏极与第二场效应晶体管(M2)的源极和第三场效应晶体管(M3)的栅极相接，第二场效应晶体管(M2)的栅极与第三场效应晶体管(M3)的漏极和第四场效应晶体管(M4)的漏极相接，第二场效应晶体管(M2)的漏极与第九场效应晶体管(M9)的漏极、第十场效应晶体管(M10)的源极和负载电容(C_L)的一个极板相接，第九场效应晶体管(M9)的栅极与第一电容(C_s)和第二电容(C_c)的一个极板相接，第九场效应晶体管(M9)的源极、第四场效应晶体管(M4)源极、第六场效应晶体管(M6)源极、第二电容(C_c)的一个极板、负载电容(C_L)与地相接，第四场效应晶体管(M4)的栅极与第六场效应晶体管(M6)的栅极、漏极和第五场效应晶体管(M5)的漏极相接，第七场效应晶体管(M7)和第五场效应晶体管(M5)的栅极连接在一起并由VBIAS1提供偏置电压，第十场效应晶体管(M10)漏极与第十一场效应晶体管(M11)漏极相接，第十场效应晶体管(M10)栅极由VBIAS3提供偏置电压，第十一场效应晶体管(M11)的栅极由VBIAS2提供偏置电压，第七场效应晶体管(M7)、第五场效应晶体管(M5)和第十一场效应晶体管(M11)的源极连接到电源AVDD，嵌位二极管(D)的阴极连接到第一场效应晶体管(M1)的栅极，嵌位二极管(D)的阳极连接到嵌位电压VCLAMP；屏蔽层连接到第一场效应晶体管(M1)的源极或漏极。

4.如权利要求1所述低噪声电荷灵敏前置放大器，其特征在于：第一场效应晶体管(M1)、第二场效应晶体管(M2)、第三场效应晶体管(M3)、第五场效应晶体管(M5)、第七场效应晶体管(M7)、第十一场效应晶体管(M11)为P型场效应晶体管；第四场效应晶体管(M4)、第二场效应晶体管(M6)、第三场效应晶体管(M9)、第十场效应晶体管(M10)为N型场效应晶体管。

5.如权利要求1-4所述低噪声电荷灵敏前置放大器减小输入电容的方法，其特征在于：第一场效应晶体管(M1)、第二场效应晶体管(M2)和第三场效应晶体管(M3)作为放大管；第九场效应晶体管(M9)作为有源负载管；嵌位二极管(D)为输入端提供直流偏置电压，并泄放输入端的电荷；第四场效应晶体管(M4)、第五场效应晶体管(M5)、第六场效应晶体管(M6)为第三场效应晶体管(M3)提供直流偏置电流，第七场效应晶体管(M7)为第一场效应晶体管(M1)提供直流偏置电流，第十场效应晶体管(M10)、第十一场效应晶体管(M11)为输出结点OUT提供直流偏置电压；第一场效应晶体管(M1)、第二场效应晶体管(M2)、第七场效应晶体管(M7)、第九场效应晶体管(M9)支路和第三场效应晶体管(M3)、第四场效应晶体管(M4)支路电流恒定，则第一场效应晶体管(M1)和第三场效应晶体管(M3)的栅极与源极电压差保持不变，输入管第一场效应晶体管(M1)的栅极与源极和栅极与漏极的电压差均保持恒定；据密勒效应定理可知，第一场效应晶体管(M1)的栅源间寄生电容和栅漏间寄生电容对输入端电容贡献为零，从而减小了探测器的输入电容；通过将屏蔽层连接到放大器输入管第一场效应晶体管(M1)的源极，将电荷收集电极与屏蔽层之间的耦合电容转化成第一场效应晶体管(M1)的栅源间电容，使得第一场效应晶体管(M1)源端和漏端电势能够跟随其栅极电势，则第一场效应晶体管(M1)的栅极与源端或者漏端的耦合电容对放大器的输入总电容贡献为零，进而第一场效应晶体管(M1)和电荷收集电极的寄生电容对输入总电容的贡献为零。