Bildgebung mit DEPFET - Prof. Dr. Norbert Wermes - Universität Bonn

3.4. DIE INTEGRIERTE DATENNAHMEELEKTRONIK 53Strom von I = 60µA ist das 1/f-Rauschen bei einer Frequenz von 1 kHz immernoch etwa dreimal so hoch wie das thermische Rauschen eines 85 kΩ-Widerstandes;dies steht im Widerspruch zur Anforderung an die Schaltung, die Rauscheigenschaftendes Chips nicht zu verschlechtern.• Stromsubtraktion durch Überbrückung von Segmenten des Widerstandes R PD amEingangsknoten:Eine weitere Möglichkeit der variablen Stromsubtraktion ist die Unterteilung desWiderstandes R PD in Segmente unterschiedlicher Größe; diese Segmente könnendurch Schalter überbrückt werden, so dass die Größe des Widerstandes und dadurchauch die Höhe des Stroms, welcher durch den Widerstand abgezogen wird,einen von 16 Werten annehmen kann. Durch R PD soll ein mittlerer Transistorsättigungsstromder DEPFET-Pixel von I dss = 320µA mit einer maximalen Schwankungvon I dssmin −I dssmax = 60µA abgezogen werden können. Um diese Forderungzu erfüllen, muß etwa 20 % des Gesamtwiderstandes überbrückt werden können;für einen Widerstand von R PD = 85 kΩ muß der Gesamtanteil der überbrückbarenSegmente R seg ges ≈ 18 kΩ betragen.Die Schalter sind in Form von parallel geschalteten n- und p-MOS-Transistorenrealisiert (”Transmission Gates”). Eine einfache Rechnung ergibt, dass für eineSerienschaltung eines Transistors und eines Widerstandes das Stromrauschen desTransistors um einen Faktor F ≈ g m · R PD unterdrückt ist. Wird z.B. ein n-MOS-Transistors mit W/L = 30/0.8 mit dem Widerstand von R = 85 kΩ in Reihegeschaltet, so ergibt eine genauere Rechnung, dass das 1/f-Rauschen des Transistorsbei 1 kHz um einen Faktor 10 und das thermische Rauschen des Transistors umeinen Faktor 30 kleiner sind als das thermische Rauschen des Widerstandes. DerRauschbetrag der Schalter kann daher vernachlässigt werden.Diese Schaltung hat daher den Vorteil, dass der Platzverbrauch minimal ist, währenddie Rauscheigenschaften des Chips unverändert bleiben.Bei CARLOS 2.0 wurde die letzte der Möglichkeiten für eine variable Stromsubtraktionrealisiert. In Abbildung 3.11 sind die verschiedenen gemessenen Werte dargestellt, welcheder Widerstand bei der Überbrückung der 4 Widerstandssegmente in verschiedenenKombinationen annehmen kann. Es ist zu erkennen, dass der Widerstand R PD Wertezwischen 56 und 68 kΩ annehmen kann. So können bei einer analogen Versorgungsspannungvon V dda = 6.5V DEPFET-Sättigungsströme von im Mittel I dss = 320µA undeiner Variation von bis zu 60µA über den Widerstand abgezogen werden. Die Variationdes in die erste Verstärkungsstufe fließenden Reststromes beträgt dann weniger als∆I Rest < 5µA.Strom-Spannungs-Wandler In Abbildung 3.12 ist der Strom-Spannungs-Wandlervon CARLOS 2.0 schematisch dargestellt. Die Spannung des Eingangsknotens wird durch