红外焦平面探测器数字读出电路研究

读出电路是红外焦平面探测器组件的重要组成部分,其性能对探测器乃至整个红外成像系统的性能有重大影响。随着硅CMOS工艺的发展,数字化读出电路以及读出电路片上数字信号处理等功能得以实现,能够大幅度提高红外焦平面探测器的性能。以红外焦平面探测器对读出电路的要求入手,分析了读出电路各性能参数对红外焦平面探测器性能的影响,介绍了读出电路的数字化技术及各种实现方式以及数字积分技术。CMOS技术的发展使得数字积分技术在红外焦平面探测器读出电路中得以实现,有效解决了读出电路的电荷存储容量不足的问题,极大地提高了探测器性能。     

一种单一增益下实现红外探测器大动态范围读出方法研究

目前红外探测器采用传统读出方法很难通过一次积分实现其本身的动态范围。为实现红外探测器的大动态范围不换档读出,引入脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation,PFM）结构,同时为保证弱信号时的注入效率,结合CTIA输入级,对红外探测器不换档大动态范围读出方法进行研究。提出一种CTIA输入级脉冲频率调制（PFM）读出方法,在系统级层面搭建实验系统并结合短波红外InGaAs单元探测器进行数字量化实验。详细分析了强信号时由系统结构延迟时间引起的转换线性度问题,并建立非理想条件下的数字量化转换模型。实验结果显示,提出的CTIA输入级PFM红外探测器读出方法动态范围达到97 dB, 为红外探测器不换档大动态范围读出提供了一种可行方案,并为数字化读出电路设计奠定理论基础。     

640×512数字化InGaAs探测器组件

数字化InGaAs探测器是短波红外探测器技术发展的一个重要方向,它不仅可以提升系统的集成度,还可以提升成像系统的各项技术指标。通过将模拟-数字转换器（ADC）集成到读出电路中实现数字化读出电路是数字化InGaAs探测器的技术核心。文中介绍了640×512数字化读出电路的设计与实现,并与InGaAs探测器通过铟柱进行倒装互联形成了数字化InGaAs探测器组件。通过对探测器组件的测试得到读出噪声为230 μV,峰值量子效率为65%,在300 K温度下探测率为1.2×1012 cmHz1/2/W,在60 Hz帧频下功耗为94 mW。测试结果表明,数字化InGaAs探测器组件具有低读出噪声,高线性度,高传输带宽,高抗干扰性等特点。     

使用硅CCD读出装置的InSb红外列阵

一、引言本文介绍一种使用探测器线阵,在焦平面中进行电子读出函数积分的红外成象器件。就由大量(数百或一千以上)探测器构成的线阵而论,电子读出装置是必不可少的。即使在探测器数量比较少(数十)的小型线阵的情况下,这种读出装置对于成象系统也是很有用处的,因为成象系统的结构必须尽量紧凑,成本必须尽可能低,电子读出装置取消了放大器,     

红外焦平面信号读出及处理技术

读出电路是红外探测器组件的重要组成部分,其性能对组件乃至整个成像系统的性能影响重大。本文旨在说明根据不同类型的红外探测器及应用需求特点,读出电路应采取相应的信号读出处理技术,以提高组件性能。文章介绍了适用于不同探测器及应用需求的源随输入级、直接注入输入级、容性反馈放大器输入级信号读出技术,相关双采样低噪声处理技术以及像素级数字化技术。     

模拟红外焦平面探测器读出时序的系统设计

高精度红外焦平面探测器的昂贵价格在一定程度上限制了红外导引系统的开发与应用,然而低成本的焦平面探测器读出时序的模拟系统为红外导引系统的开发带来了新的契机.文中提出了一种适合于工程应用的焦平面探测器读出时序的模拟系统的结构与方案,并给出了仿真分析和实验数据.应用表明,该系统提高了红外导引系统的开发速度和可靠性,降低了研制成本.     

微通道板位敏探测器

根据读出粒子流空间坐标的方式,可以把微通道板位敏探测器分为三类:数字读出、模拟读出及数字-模拟混合读出位敏探测器。本文首先简略地介绍位敏探测器的基本结构,并着重介绍各种位敏探测器读出阳极的结构、工作机理及目前发展的状况。     

大电荷处理能力红外探测器读出电路像素设计

读出电路将红外探测器二极管激发产生的光电子收集、积分成为电压信号并按序读出,使其变成后端系统可读的电信号,是红外焦平面探测器的重要组成部分。电荷处理能力作为衡量读出电路的一项重要指标,探测器的性能以及某些应用条件下要求读出电路具有大的电荷处理能力,本文介绍一种具备大电荷处理能力的模拟读出电路像素级设计,在15μm像元间距内最大积分电容达到832 fF,最大电荷处理能达到10.92 Me-,且具备良好的线性度。     

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。     

一款多色叠层量子阱红外探测器的读出电路设计

一款完整的红外焦平面探测器主要包含探测器件、读出电路、封装结构和制冷组件。目前根据不同应用场景,探测波段范围不断变宽、探测灵敏度需求提高、成像速度要求加快,对探测器设计提出了更严格、更复杂的指标要求。其中,读出电路将探测光信号转换为电信号传输至系统,是探测器组件的关键核心模块。本文设计了一款对应多色叠层量子阱型器件的红外焦平面探测器读出电路,能够实现同时间、同空间对四波段信号进行探测,并且同时读出,四波段信号的探测积分与读出之间没有互相干扰。探测器规格640×512,像元间距50μm(四波段),各波段信号可实现分时积分、分别可调,采用边积分边读出工作模式,读出帧频可达到四波段探测时≥50 Hz,电路噪声≤05mV,动态范围≥70dB,电功耗≤600mW,是一款超大规模低噪声高帧频的高性能读出电路。     

高性能低噪声数字读出电路

红外焦平面的数字读出是信息化发展的必然方向,其关键技术是数字读出电路。介绍了数字读出电路的发展现状和主要架构,重点分析了时间噪声和空间噪声的来源和影响,并给出低噪声设计指导。同时对线性度、动态范围和帧频等主要性能进行了讨论,设计了两款数字读出电路。采用列级ADC数字读出架构设计了640×512数字焦平面探测器读出电路,读出噪声测试结果为150 μV,互连中波探测器测试NETD为13 mK。基于数字像元读出架构设计了384×288数字焦平面探测器读出电路,互连长波探测器测试NETD小于4 mK,动态范围超过90 dB,帧频达到1 000 Hz。所设计的两款读出电路有效提升了红外焦平面的灵敏度、动态范围和帧频等性能,表明数字读出电路技术对红外探测器性能的提升具有重要作用。     

1280 × 1024，10 μm数字红外焦平面读出电路设计（特邀）

焦平面红外探测器的数字读出是其发展的一个重要方向,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诸多优势。数字红外焦平面探测器的核心在于数字读出电路。文中详细介绍了1280 × 1024, 10 μm数字焦平面读出电路的设计和实现。通过对读出电路的测试得到其噪声为157 μV,在50 Hz帧频下功耗为165 mW,列级固定图案噪声为0.1%。所设计的数字读出电路与短波红外探测器成功实现了倒装焊互连并完成了成像,所成图像清晰、细节丰富。测试结果和探测器成像效果表明,所设计的数字读出电路具有低噪声、高传输带宽、高抗干扰性等特点,有助于提升红外焦平面探测器的各项性能。     

热释电型非制冷焦平面热像仪调制斩波器的分析——斩波器与信号读出模式

对阿基米德斩波器及其工作状态进行了模拟，分析了探测器像元的曝光时间、曝光顺序、信号读出及其对后续信号均匀性处理的影响．结果表明：探测器曝光的非均匀性与信号读出模式直接影响后续信号的均匀性处理，阿基米德螺旋线的参数、探测器几何尺寸、斩波器与探测器的相对位置等均影响探测器的曝光顺序和电荷均匀性．在热成像系统总体设计以及电子处理系统设计时，必须综合考虑斩波器各参数的影响。     

一种高灵敏度大动态范围读出电路

为读出光电探测器微弱的响应电流,设计了一种增益自动可调列放大器,提高了读出电路的灵敏度和动态范围,读出电路的动态范围提高了24dB,读出电路功耗为230μW,满足探测器读出要求。读出电路的输出信号可以根据应用要求分别采用线性法和非线性法重建。     

混成红外探测器列阵与改善动态范围的CMOS读出电路

美国专利US7551059 (2009年6月23日授权)本发明提供一种混成图像传感器,它包括一个CMOS读出电路和一个红外探测器列阵。CMOS读出电路通过铟柱焊接与红外探测器列阵的至少一个探测器连接。CMOS读出电路包括两个放大器电路,这     

新型量子光电探测器读出与显示

对一种响应近红外的新型量子光电探测器特性进行测试和分析,给出了2×8探测器阵列和读出电路的对接测试结果,设计初步的成像系统采集显示焦平面输出。探测器有一个-0.8V的阈值电压,偏压大于阈值电压后器件响应率远大于1A/W,且响应率随光照功率增大减小。2×8探测器阵列与设计的读出电路通过Si基板对接后在77K条件测试,读出电路的线性度好于99.5%,信噪比达到67dB,探测器偏压为-1.5V,积分时间为200μs时探测器率达到1.38×1010cmHz1/2/W,达到实际应用的要求。设计了数据采集卡和成像系统验证了对接样品的实用性。     

CZT探测器低噪声读出电路设计

采用TSMC 0.35 μm CMOS工艺,设计了CZT探测器低噪声读出电路链和一款多通道能量读出ASIC,该电路将应用于8×8 CZT像素探测器的能量读出.给出了系统框图及低噪声能量读出电路链,分析了低噪声技术策略.实验结果表明,能量分辨范围为20 keV～4 MeV,等效噪声电荷(ENC)小于150个电子,电荷转电压增益为9.2 V/pC,非线性度小于3％,多通道串扰小于10个电子,满足设计需求.     

偏压等参数对光导PbS焦平面探测器性能的影响

光导焦平面探测器的性能同其偏压及读出电路的工作参数密切相关。本文研究了采用CTIA型读出电路的1×128线列光导PbS焦平面探测器工作时,探测器偏压、积分时间和读出电路偏置电压对探测器信号、噪声及探测率的影响。实验结果表明:探测器信号、噪声及探测率均随探测器偏压增长而增加,存在一个最佳偏压3 V,使得探测器探测率达到最大;当超过此偏压后,信号电压增量减小,噪声电压增量增加;存在一个最佳积分时间50 μs,此时探测器探测率达到最大;存在一个可使用的读出电路偏置电压范围3.35~3.85 V,在此范围内,信号     

微测辐射热计焦平面阵列CMOS读出技术研究

非致冷微测辐射热计探测器以其低价格，高可靠性和高性能能成为热像仪的首选。制作在硅衬底中的读出电路的设计直接影响到整个系统的性能。按读出方式来分，测辐射热计集成读出电路（ROIC）可分为顺序存取读出电路和随机存取读出电路，本文介绍了测辐射热计读出电路的设计原理。分别对两种读出方式作了分析，重点研究了顺序存取读出电路中的移位寄存器，提出了解决延迟的切实可行的方案。     

中短波红外图像传感器读出电路研究进展

随着红外技术和探测器性能的进步,中波和短波红外技术在恶劣天气中具有更优秀的成像性能,在民用、军事和航空航天等领域中得到了越来越广泛的应用。读出电路作为连接探测器阵列与后级图像处理电路的关键模块,其性能对中短波红外相机系统性能具有重要影响,决定了最终的成像质量。文章综述了中短波红外图像传感器读出电路的发展现状,分析了读出电路中噪声、动态范围、帧频等问题,重点探讨了针对以上问题的解决方案。最后对读出电路未来设计的改进方向进行了讨论。