在所有读出电路结构中,自积分(SI)电路(图3)最为简单,仅有一个 MOS 开关元件,其象元面积可以做得很小。在 SI 电路中,光生电流(或电荷)直接在与探测器并联的电容上积分,然后通过多路传输器输出积分信号。此读出电路的输出信号通常是取其电荷而非电压,其后接电荷放大器,在每帧结束时需由象元外的电路对积分电容进行复位。积分电容主要为探测器自身的电容,但也包括与之相连的一些杂散电容。在某些探测器中,此电容可能是非线性的(如光电二极管的结电容),随积分电荷的增加,其会造成探测器的偏置发生变化,可能引起输出信号的非线性。该电路的另一个缺点是无信号增益,易受多路传输器和列放大器的噪声干扰。
2、源随器型读出电路(SFD ROIC)
为了给多路传输器提供电压信号,并增加驱动能力,往往在 SI 后加缓冲放大器。实现此功能的通常方法是在每个探测器后接一MOSFET 源随器(SFD),即构成源随器型读出电路(图4)。源随器型读出电路是一种直接积分的高阻抗放大器,探测器偏压由复位电平决定,故不存在探测器偏压初值不均匀的问题,但偏压会随积分时间和积分电流变化,引起探测器偏置变化。SFD电路在很低背景下具有较满意的信噪比,但在中、高背景下,与 SI 读出电路一样,其也有严重的输出信号非线性问题。复位 MOS 开关会带来 KTC 噪声,而源随器 MOS 管的 1/f 噪声和沟道热噪声也是主要的噪声源。
反馈增强直接注入电路(FEDI)以 DI 读出电路为基础,在注入管栅极和探测器间跨接一反相放大器(图6),其目的是在低背景下,进一步降低读出电路的输入阻抗,从而提高注入效率和改善频率响应。视反馈放大器的增益不同,FEDI的最小工作光子通量范围可以比 DI 低一个或几个数量级,响应的线性范围也比 DI 的更宽。但象元的功耗和面积也随之增加了,面积的增加对现在日益发展的光刻技术并非什么大问题,但功耗的增大就很不利。
电阻负载栅极调制电路(RL)的构造思想和目的与 CM 几乎一样(图8),其效果也差不多,只是因用电阻替代了 MOS 管,可使象元 1/f 噪声更小,并提高了探测器偏压的均匀性。由于大电阻的制造与数字 CMOS 工艺是不兼容的,RL 的阻值不可能很大。此外,因电路结构的原因,当探测器电流很小时,此读出电路的均匀性和线性度都相当差。在大多数的应用中,需要对其输出增益和偏移进行校正才能获得满意的效果,故此类读出电路不见常用。