Últimamente he estado jugando con fotodiodos y amplificadores operacionales, y pensé que podría ser divertido construir una cámara realmente cruda con una docena de píxeles. Iba a modelarlo en un sensor CMOS de píxeles activos, que parece conceptualmente más sencillo que un CCD: cada píxel amplifica su propia señal y los píxeles se multiplexan en el ADC.
Al principio, asumí que esto se configuraría usando un amplificador operacional de transimpedancia en cada píxel, porque toda la literatura que puedo ver sobre amplificación de fotodiodos habla sobre amplificadores operacionales (en modo fotoconductor o fotovoltaico):
PeroalleermássobrecómoseconstruyenlossensoresCMOSenrealidad,parecequeusanunaconfiguracióndetrestransistores(3T)oalgunaderivación.Enestaconfiguración,seusaunamplificadordedrenajecomúnenlugardeunamplificadoroperacional(másloscircuitosasociadosparaelreinicioylamultiplexación):
Loqueparecefuncionartambiénenmodofotovoltaico:(de
Penséquequizáslarazónporlaqueseelige3Tesporquelosamplificadoresoperacionalesson"instantáneos", ya que las configuraciones 3T se integran naturalmente durante el tiempo de exposición, pero los amplificadores operacionales requieren un sondeo constante. Pero me di cuenta de que el integrador de amplificador operacional conmutado haría el mismo trabajo de integración:
Así que ahora estoy confundido. Parece que las configuraciones 3T y op-amp funcionan tanto en configuraciones inversas como nulas. No veo por qué elegirías uno frente a otro
Preguntas específicas:
- ¿Hay alguna razón específica por la que los sensores CMOS usan la configuración 3T en lugar de los amplificadores operacionales?
- Es debido al tamaño físico (3 transistores son más fáciles de fabricar en un IC que un amplificador operacional)
- ¿Una es preferible a la otra por razones de ruido? P.ej. Cuando utiliza fotodiodos discretos, ¿tiene espacio para amplificadores operacionales que tienen mejores características de ruido, por lo que la literatura solo habla de ellos? ¿Mientras que los IC no tienen el lujo de los amplificadores operacionales de bajo ruido?
- ¿Los amplificadores de drenaje común son mejores para tiempos de integración más largos? Siempre veo los amplificadores operacionales en referencia a las aplicaciones de alto ancho de banda, que las imágenes definitivamente no lo son.
- Si un amplificador operacional pudiera reducirse mágicamente a un tamaño que pueda caber en una configuración 3T, ¿sería mejor?
Supongo que solo estoy tratando de averiguar por qué la literatura de fotodiodos habla exclusivamente de amplificadores operacionales, mientras que parece que cada sensor de imágenes CMOS tiene alguna derivación de la configuración 3T.
EDITAR: Quizás relacionado con mi confusión, no estoy muy seguro de cómo se amplifican los amplificadores de drenaje en realidad , ya que solo están amortiguando el voltaje. Entonces, ¿tal vez las configuraciones 3T no están haciendo lo que creo que son?