Analyse du bruit dans un préamplificateur de harge en technologie CMOS par un circuit

Abstract

Nous présentons dans ce travail les origines physiques des sources indépendantes de bruit dans le CPA (préamplificateur de charge), puis avec à l’aide du PS (circuit de filtrage) améliorer le S/B (rapport signal sur bruit). Dans la première partie, nous sommes intéressés aux équations mathématiques permettant d’exprimer les différentes sources de bruit. La seconde partie de ce travail s’étend sur l’évaluation du bruit en termes de l’ENC (Equivalent Noise Charge). Par la suite, les études et simulations vont être effectuées sur une technologie standard AMS CMOS 0.35µm et vont montrer que la miniaturisation est un atout. Aussi la valeur de l’ENC total est essentiellement dominée par l’expression du bruit thermique du transistor d’entrée et cette derniere peut etre optimisée au détriment de la consommation en jouant sur I_D. La valeur du courant de drain et le dimensionnement du transistor d’entrée sont décisifs pour le bruit.

Mots-clés : bruit, préamplificateur de charge, filtre CR-(RC) ⁿ, transistor CMOS, MatLab.

Analysis of noise in CMOS charge sensitive preamplifier with PS circuit 

We present in this work the physical origins of independent noise sources in the front end circuit based on CMOS devices. The PS (Pulse shaper) added to CSA (charge sensitive preamplifier) improves the quality of SNR (Signal-to-Noise Ratio). In the first part, we are interested in the mathematic equations to express the different noise sources. The second part of this work has focusing on its evaluation in terms of ENC (Equivalent Noise Charge). Studies and simulations are performed for a 0.35µm CMOS on standard technology AMS and shown that the design circuit can reduce the noise level of the CSA. ENC is dominated by the thermal noise of an input transistor MOS and the thermal noise of the feedback resistor R_f. We show several aspects of the noise optimization of the CSA regarding the optimum transistor width W and the sensitivity of the ENC to this width.

Keywords : noise, charge preamplifier, filter CR-(RC) ⁿ, transistor CMOS, MatLab.