一种大面阵红外焦平面阵列读出电路的设计方法

论文提出了一种可用于大面阵红外焦平面阵列的智能化读出电路的设计方法,所设计的读出电路具有放大、读出、片上模数转换以及智能控制等功能。论文主要介绍该面阵电路的组成结构、核心电路的工作原理、电路的仿真方法和结果。通过对该面阵读出电路进行版图设计、流片和性能测试,得到了符合设计要求的面阵规模为128X128的大面阵红外焦平面阵列智能读出电路。     

数字红外焦平面探测器（特邀）

相比传统的模拟红外焦平面探测器,数字红外焦平面探测器具有很多技术优势,是红外焦平面探测器技术的重要发展方向。首先,介绍了数字红外焦平面探测器国内外的研发现状,从信号处理以及应用的角度分析了模拟红外焦平面探测器与数字红外焦平面探测器的区别与特点;然后,又详细介绍了列级ADC数字读出集成电路以及数字像元读出集成电路的架构及具体电路模块,分析了数字读出集成电路的各模块电路及与性能的关系,并展望了数字读出集成电路的技术发展趋势。随着红外焦平面探测器向大面阵、小像元及高性能发展,对数字读出集成电路也提出更高的技术要求。通过读出集成电路架构以及模块电路的技术提升,列级ADC数字读出集成电路将普遍应用于大面阵、小像元红外焦平面探测器,而数字像元读出集成电路将普遍应用于长波红外焦平面探测器。     

微测辐射热计阵列读出电路的单片集成设计

微测辐射热计阵列读出电路的单芯片集成,有利于红外焦平面阵列的智能化和红外成像系统的便携化发展.提出了一种非致冷红外焦平面阵列读出电路,基于SMIC 0.18 μmCMOS工艺,采用CTIA型单元读出电路结构,实现了偏置模块、驱动信号源模块、电流积分模块、相关双采样模块(CDS)和缓冲输出模块的单芯片集成,成功制造了1×8读出电路原型.仿真结果表明,设计的读出电路的线性度大于99％,功耗小于5 mW,适合于大面阵移植.     

一种面向大面阵焦平面阵列的低功耗多功能读出电路设计

大面阵焦平面成像探测器需要具有随机开窗和反转读出功能,同时需要降低功耗。文章基于标准数字电路设计流程。设计了一种新型的基于格雷码编码规律的寻址计数器,用于对阵列的行地址和列地址进行寻址,提高了寻址的可靠性。对设计进行RTL级仿真,结果表明该设计能够实现任意开窗和反转读出功能。采用TSMC90工艺库对1024×1024阵列规模的RTL级设计进行分析计算,结果显示供电电压为3.3V时,寻址计数器功耗仅为19.56μW,整体设计功耗仅为58.75μW,适用于大面阵焦平面读出电路的设计。     

用于IRFPA ROIC的高性能缓冲器模块的设计

红外焦平面读出电路(IRFPA ROIC)主要用于焦平面阵列与后续信号处理之间的通信.文章提出了一种用于红外焦平面读出电路的缓冲器模块,包括列缓冲器、高性能的输出缓冲器以及相应的偏置电路.缓冲器均采用单位增益放大器结构,通过放大器的优化设计可实现对不同负载的有效驱动且静态功耗较低.该缓冲器模块用于一款640×512面阵、30μm中心距的中波红外焦平面读出电路,采用CSMC 0.5μm DPTM工艺进行流片加工.仿真结果表明,列缓冲器的开环增益为40.00 dB,单位增益带宽为48.17 MHz(10 pF).输出缓冲器可实现轨到轨的输入,开环增益为39.68 dB,单位增益带宽为46.08 MHz,读出速率高达20 MHz,功耗为16.02 mW(25 pF//5.1 kΩ).该模块输入端拉出的测试管脚可在焦平面读出电路的晶圆测试中帮助验证芯片功能.通过调节测试端口,测试结果与仿真结果大体一致,验证了该缓冲器模块的设计可行.     

大面阵CMOS快照模式焦平面读出电路设计分析

针对一款大面阵(640×512元)快照模式制冷型红外焦平面用的读出电路进行了初步分析验证.该读出电路采用改进DI结构,先积分后读出的积分控制模式,像素尺寸为25μm×25μm,芯片已在0.5μm双硅双铝(DPDM)标准CMOS工艺下试制.首先对该电路结构及工作原理进行分析,并对输入级等电路的传输特性进行仿真验证,最后给出探测器阵列与读出电路芯片互连后的测试结果.结果表明该读出电路适用于小像素、大规模的红外焦平面阵列.     

非制冷红外焦平面读出电路的设计与测试分析

本文设计出了具有电容反馈互导放大器(CTIA)及相关双采样(CDS)结构的非制冷红外焦平面的读出电路,搭建了包括红外信号源和IRFPA模块、控制模块、ROIC 驱动模块和信号放大采集处理模块在内的红外焦平面阵列参数测试系统,并用此测试系统对本实验室自行研制的小规模红外焦平面阵列进行了读出电路测试、数据处理和分析,测试结果与理论标称值吻合。     

一种红外焦平面读出电路数字模块的设计

介绍了一种红外焦平面读出电路数字模块的设计与实现。该模块可以提供系统正常工作所需的时序,包括行选列选、采样保持等。此外,该模块还可以进行输出模式的切换,实现多路输出,提高输出帧频。介绍了多路输出的Verilog算法、电路的整体结构和时序,并给出了整个系统的仿真结果。设计的模块采用华润上华CSMC 0.5μm DPTM单阱CMOS工艺流片成功,验证了设计的正确性。测试结果表明,对64×64的阵列,四路输出时,输出帧频可以达到240fps,可应用于车辆夜视领域。     

抑制背景电流的红外焦平面单元读出电路

随着非制冷红外焦平面阵列技术的发展,红外读出电路的设计变得越来越重要。设计了一种带有背景电流抑制功能的红外焦平面单元读出电路,该读出电路在改进后的第一代开关电流电路的基础上实现背景电流抑制功能。详细阐述了该系统电路的整体架构和工作原理,并用Spectre仿真软件实现了电路的仿真。结果表明该方案可以抑制背景电流,实现红外读出功能。     

红外焦平面读出电路辐射特性研究

红外焦平面阵列在宇宙空间中使用时,受到各种辐射导致性能退化甚至功能失效。作为红外焦平面阵列的重要组成部分,CMOS读出电路受到各种辐射主要体现为电离辐射效应。通过对红外焦平面CMOS读出电路进行空间模拟辐射实验后,测试读出电路的功能以及性能参数,研究了辐射对读出电路的影响。实验结果为红外焦平面CMOS读出电路的抗辐射设计提供了参考依据。