面向QWIP焦平面阵列的快照模式低温读出电路

介绍了应用于GaAs/AlGaAs量子阱红外焦平面阵列的快照模式的低温读出电路的设计方法与测试结果。读出电路采用CTIA作为输入电路,提出在单元输入电路中引入内建电注入器件进行读出电路封装前测试。对读出电路的低温和低功耗进行了优化设计。基于该方法采用0.35um CMOS工艺设计制造了阵列尺寸为128×128的读出电路实验芯片。测试结果表明,读出电路能够在77K的温度下正常工作,功耗为35mW。该读出电路象元级的电荷容量为2.57×106电子,跨导系数为1.4×107Ω。分析表明,在3.3V电源电压下,当输出速率为10MHz时,实验芯片的非均匀性小于5%。     

SPAD阵列读出电路关键技术与发展趋势(特邀)

首先针对SPAD阵列读出电路的特点,将电路主要分成接口电路与信号处理电路两大部分,其次根据单光子雪崩光电探测器的阵列的不同应用场景,阐述了集成读出电路中核心电路模块设计的关键技术。分别从SPAD的接口电路设计、两种典型应用成像模式(光子计时、光子计数)中核心电路的设计方面,详细分析此类电路的关键技术以及国内外研究团队在此类电路的研究进展与存在的问题。最后根据目前国内外研究的进展情况,分析了SPAD阵列集成读出电路的发展趋势以及各类电路存在的设计重点与难点,为SPAD阵列读出电路的设计提供一些参考。     

集成化离子敏场效应传感器的研究进展

在介绍离子敏场效应晶体管(ISFET)传感器的应用和基本工作原理的基础上,阐述了集成化ISFET传感器的研究现状,包括ISFET敏感膜及其制造工艺与CMOS兼容性研究、集成化读出电路、多传感器集成等方面。展望了ISFET传感器的研究趋势,认为在以下方面值得探索和研究:敏感膜是把化学变量转换为电学变量的关键;高性能读出电路的研究;集ISFET、读出电路及后端信号处理电路于一体的低功耗ISFET传感器的系统集成;多功能、智能化的多传感器集成;研究集微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源等于一体的微机电系统(MEMS);ISFET微传感系统的数字化集成等。     

集成化离子敏场效应传感器的研究进展

在介绍离子敏场效应晶体管（ISFET）传感器的应用和基本工作原理的基础上,阐述了集成化ISFET传感器的研究现状,包括ISFET敏感膜及其制造工艺与CMOS兼容性研究、集成化读出电路、多传感器集成等方面。展望了ISFET传感器的研究趋势,认为在以下方面值得探索和研究：敏感膜是把化学变量转换为电学变量的关键;高性能读出电路的研究;集ISFET、读出电路及后端信号处理电路于一体的低功耗ISFET传感器的系统集成;多功能、智能化的多传感器集成;研究集微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源等于一体的微机电系统（MEMS）;ISFET微传感系统的数字化集成等。     

高灵敏度的量子效应探测器的建模和微光探测

针对新型量子点-量子阱光电探测器在不同的辐照功率和器件偏压下的电特性测试,采用曲线拟合的方法,得到不同辐照光功率下的I-V、C-V之间的函数关系,应用Verilog-A语言建立等效电路模型,然后利用电路模拟软件进行验证,为读出电路的设计提供准确的便于和读出电路一起模拟仿真的探测器模型。针对这种探测器低温下具有的暗电流小、灵敏度高、光电转换效率高等优点,设计了电容反馈互阻放大器(CTIA)和相关双采样(CDS)结构的读出电路。芯片集成后和2×8阵列的量子效应探测器封装在陶瓷基板上,低温下(77 K)采用633 nm He-Ne激光聚焦照射探测器,测试得到探测器的微光响应电压。实验结果表明,当器件在50 pW光功率、29.3μs的积分时间、偏压约-3.1 V时,读出电路与探测器对接后12个像元有响应电压;增大光功率至500 pW时,16个像元都有响应;读出电路与探测器对接后平均响应电压为18 mV,平均电压响应率达到3.6×107 V/W。     

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.     

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。     

红外焦平面读出电路片上驱动电路设计

线列红外焦平面读出电路在正常工作时需要提供多路数字脉冲和多路直流偏置电压。本文基于0.5 μm CMOS工艺设计了一款驱动电路芯片,为电容负反馈放大型（CTIA）读出电路（ROIC）提供驱动信号。电路芯片采用带隙基准电路产生低噪声低温漂的直流偏置电压,采用数字逻辑电路生成CLK1,CLK2,RESET等八路数字脉冲。仿真及测试结果表明：驱动电路芯片输出的数字脉冲及偏置电压符合设计值,可驱动CTIA型线列红外焦平面读出电路稳定工作。     

集成光电探测器系统

设计研制了一种集成光电探测器系统,它将光电二极管阵列及信号读出电路集成在同一硅芯片上。本文主要介绍该系统的工作原理及初步测试结果     

致冷型红外CMOS读出集成电路的发展现状

致冷型红外读出集成电路经历了20多年的发展,其技术已日臻完善,CMOS读出电路是当今读出电路的主流,其发展趋势是减小像元间距,增加焦平面阵列像元数而又不降低其光电性能.将滤波电路、A/D转换等功能器件集成在同一芯片上也是读出电路的发展方向.     

机载光电设备对高空气球的光谱可见性分析

对高空气球与机载探测器所处环境特性进行分析,利用MODTRAN大气传输模型计算了相同时刻下不同探测点的背景噪声强度,和不同时刻下目标处的背景光亮度,采用反向蒙特卡罗法计算出空基探测点处接收到的高空气球的散射亮度,计算出探测数据的信噪比,并就目标的光谱可见性进行了分析。计算表明,机载探测时,当目标位置与探测高度固定的情况下,探测夹角越小,目标的太阳天顶角越大,则探测信噪比越高,越容易满足探测仪器的阈值并有利于探测谱段的选择。     

含雾湿空气条件下地面目标热特征分析方法

采用考虑自然雾对太阳辐射的衰减、散射作用进而修正的太阳辐射模型,且考虑含雾湿空气条件下雾滴、湿空气与目标表面的换热机理及表面辐射换热、对流换热,建立了含雾湿空气条件下地面目标热特征分析模型,采用该模型计算分析了雾能见度、风速对目标表面温度的影响,分析了典型雾天条件下目标表面温度变化特性。结果表明:在雾出现时段,雾能见度越小或风速越大,目标表面温度值相对越低;考虑雾对目标表面热特征的影响具有很大的必要性。     

基于PSASP程序的励磁系统PID控制的仿真与验证

励磁系统的PID参数对发电机组和电网稳定的可靠性和动态品质具有重要的作用。检验励磁系统PID参数准确性的方法主要是进行发电机空载阶跃响应试验。本文采用中国电力科学研究院研制的电力系统综合仿真程序PSASP对沧东电厂4号机励磁系统进行了5%机端电压阶跃仿真试验,然后根据仿真结果进行了现场试验,结果表明仿真结果对现场试验具有重要的指导意义,不仅节省了现场调试的时间,而且进一步提高了现场试验的安全性。     

基于PVDF的枕形压电发电装置性能仿真分析

提出了一种枕形压电发电装置,为了解该压电发电装置的发电性能,该文对其进行了有限元仿真。结果表明,弹性金属基片厚度、弧形压电梁宽度及初始曲率半径的增加将引起压电发电装置压电薄膜输出电压的降低;弧形压电梁的长度及弹性模量比的增加将引起压电薄膜输出电压的不断升高;压电薄膜厚度的增加将使其输出电压先增大后减小;弧形压电梁内侧压电薄膜的输出电压都要大于外侧压电薄膜的输出电压,且铍青铜基片压电梁要优于钢基片压电梁。     

Proposal of a new method for narrowing and moving the stimulated region of cochlear implants: animal experiment and numerical analysis

We have proposed the tripolar electrode stimulation method (TESM) for narrowing the stimulation region and continuously moving the stimulation site for cochlear implants. The TESM stimulates the auditory nerve array using three adjacent electrodes which are selected among the electrodes of an electrode array within the lymphatic fluid. Current is emitted from each of the two lateral electrodes and received by the central electrode. The current received by the central electrode is made equal to the sum of the currents emitted from the lateral electrodes. In this paper, we evaluate whether or not TESM works according to a theory which is based on numerical analysis using an electrical equivalent circuit model of the auditory nerve fibers. In this simulation, the sums of the excited model fibers are compared to the compound action potentials (CAP's) which we obtained through animal experiments. To identify the main parameter while maintaining the amplitude of the CAP (the sum of the fired fibers), we assumed the presence of some parameters from the radial current density profile. In the case of the width value among the parameters being kept constant, the amplitude of the CAP was almost constant; thus, the number of the fired fibers was also almost constant. The width value equals the distance between the points at which the profile of the radial current density of the electrode array and the line of the radial threshold current density of the electrode array intersect. It is possible to determine the measure of the stimulation region or site by controlling the width value and the ratios of the currents emitted from the lateral electrodes. As a result, we succeeded in narrowing the stimulation region by controlling the sum of the currents emitted from the two lateral electrodes. Also we succeeded in continuously moving the stimulation site by modifying the currents emitted from the two lateral electrodes.     

进动圆锥弹头双基地微多普勒特性分析

微动特征是弹道中段目标雷达识别的有效特征之一。该文首先利用由几何绕射理论推导的圆锥弹头散射中心模型确定了3个散射中心分别是锥顶及双基地角平分线在锥底平面上的投影与底面边缘的2个交点;然后建立了进动圆锥弹头双基地微多普勒模型,经化简可知双基地微多普勒模型与双基地角平分线上单基地雷达微多普勒模型相似,且双基地微多普勒幅值为单基地微多普勒幅值的半双基地角的余弦倍,这与单双站散射等效定理吻合;再通过分析3个散射中心的微多普勒模型得出了可用于进动和结构参数估计的3种相关性;最后利用电磁计算软件FEKO计算了圆锥弹头模型的双基地雷达截面积(RCS),通过对RCS序列的时频分析,验证了该文理论分析的正确性。     

毫秒激光辐射K9玻璃的激光损伤研究

利用毫秒激光损伤测试平台,通过改变焦距和聚焦位置,研究了K9玻璃前后表面附近的损伤概率和损伤形貌。结果表明,焦平面位于前表面时以热熔损伤为主,焦平面位于后表面时则以应力损伤为主,且尺寸明显大于前表面。建立二维热力学模型并对温度场和热应力场进行计算,结果显示,径向应力和环向应力是导致材料产生应力损伤的主要因素。激光辐照过程中在前表面产生的燃烧波能够增强激光能量耦合效率,是材料前表面产生熔融损伤的原因之一。此外,实验发现,焦距较短时,损伤概率随焦平面与样品表面距离的增大迅速下降,焦距较长时,易在样品前后表面同时产生损伤,这与透镜的焦深有关。     

基于BP神经网络的闭环太阳能自动逐日系统

本文针对目前主流的光电追踪式太阳能难以检验是否达到最大正对面积的缺陷,设计一种在视日运动轨迹追踪基础上改进的太阳能自动逐日系统.该系统以89C52单片机作为控制核心,通过GPS模块接受地理信息,初始化电池板在该地区的倾斜角和方位角.当选择粗调节模式时,单片机通过设定的太阳运动轨迹算法,控制两个自由度上的步进电机的旋转;当选择人工精调节模式时,观测者通过观察电池板上的阴影长度,手动调节,同时单片机把调节信息通过RS232串口通讯传递到计算机,计算机利用数据库的样本数据,采用有导师学习的BP神经网络算法,在Matlab中计算并反馈之后时刻的电池板的旋转角度;当选择无人精调节模式时,系统定时自行从按照上述算法调整机械部分旋转.该系统特别适合大面积电池板的系统.该系统具有测试精度高的特点,达到了设计要求.     

风廓线雷达探测模式分析与设计

通过对风廓线雷达回波信号原理和回波特点的介绍,分析了雷达信号与数据处理流程,根据雷达工作参数的取值对探测性能的影响,提出了风廓线雷达工作参数选择的顺序和原则:(1)根据高度分辨率和高度探测范围的要求确定脉冲宽度和脉冲重复周期;(2)根据对最大不模糊多普勒速度大小的分析,结合已选定的脉冲重复周期,确定相干平均次数;(3)根据测速精度的分析要求,结合已确定的最大不模糊多普勒速度值,确定谱分析时的快速傅里叶变换点数;(4)根据时间分辨率的要求,确定谱平均数。最后,设计了对流层风廓线雷达探测模式一览表,并介绍了实际应用效果。     

FBG 相似材料传感器埋入模型内部实验研究

针对模型实验内部关键点的应变测量,设计并制作了光栅-相似材料传感器,与传统的应变砖法中,将光栅粘贴在立方体试件表面相比,该文将光栅埋入相似材料立方体试件内部,以消除边界效应的影响。通过对比实验,研究去涂覆层光栅在相似材料中的布设工艺,为验证所设计传感器应用于模型实验内部应变测量的可靠性,基于圣维南定理,将传感器埋入一边长是其3倍大的相似材料试件中心,以此在模拟实验中有围压的条件及消除边界效应的影响,实验结果验证了测量结果的可靠性。