在所有讀出電路結構中,自積分(SI)電路(圖3)最為簡單,僅有一個 MOS 開關元件,其象元面積可以做得很小。在 SI 電路中,光生電流(或電荷)直接在與探測器并聯(lián)的電容上積分,然后通過多路傳輸器輸出積分信號。此讀出電路的輸出信號通常是取其電荷而非電壓,其后接電荷放大器,在每幀結束時需由象元外的電路對積分電容進行復位。積分電容主要為探測器自身的電容,但也包括與之相連的一些雜散電容。在某些探測器中,此電容可能是非線性的(如光電二極管的結電容),隨積分電荷的增加,其會造成探測器的偏置發(fā)生變化,可能引起輸出信號的非線性。該電路的另一個缺點是無信號增益,易受多路傳輸器和列放大器的噪聲干擾。
2、源隨器型讀出電路(SFD ROIC)
為了給多路傳輸器提供電壓信號,并增加驅動能力,往往在 SI 后加緩沖放大器。實現(xiàn)此功能的通常方法是在每個探測器后接一MOSFET 源隨器(SFD),即構成源隨器型讀出電路(圖4)。源隨器型讀出電路是一種直接積分的高阻抗放大器,探測器偏壓由復位電平決定,故不存在探測器偏壓初值不均勻的問題,但偏壓會隨積分時間和積分電流變化,引起探測器偏置變化。SFD電路在很低背景下具有較滿意的信噪比,但在中、高背景下,與 SI 讀出電路一樣,其也有嚴重的輸出信號非線性問題。復位 MOS 開關會帶來 KTC 噪聲,而源隨器 MOS 管的 1/f 噪聲和溝道熱噪聲也是主要的噪聲源。
反饋增強直接注入電路(FEDI)以 DI 讀出電路為基礎,在注入管柵極和探測器間跨接一反相放大器(圖6),其目的是在低背景下,進一步降低讀出電路的輸入阻抗,從而提高注入效率和改善頻率響應。視反饋放大器的增益不同,F(xiàn)EDI的最小工作光子通量范圍可以比 DI 低一個或幾個數量級,響應的線性范圍也比 DI 的更寬。但象元的功耗和面積也隨之增加了,面積的增加對現(xiàn)在日益發(fā)展的光刻技術并非什么大問題,但功耗的增大就很不利。
電阻負載柵極調制電路(RL)的構造思想和目的與 CM 幾乎一樣(圖8),其效果也差不多,只是因用電阻替代了 MOS 管,可使象元 1/f 噪聲更小,并提高了探測器偏壓的均勻性。由于大電阻的制造與數字 CMOS 工藝是不兼容的,RL 的阻值不可能很大。此外,因電路結構的原因,當探測器電流很小時,此讀出電路的均勻性和線性度都相當差。在大多數的應用中,需要對其輸出增益和偏移進行校正才能獲得滿意的效果,故此類讀出電路不見常用。