红外焦平面读出电路技术及发展趋势

从红外焦平面技术的发展背景出发,论述了读出电路在红外焦平面信号传输中的作用并介绍其基本框图,讨论了CCD读出电路和CMOS读出电路各自的特点,并分析了国内外红外焦平面读出电路的现状,最后提出了红外焦平面阵列读出电路今后的研究方向.     

非制冷红外焦平面CMOS读出电路设计

在过去的10年里红外焦平面阵列成像技术逐渐进入了成熟期,从红外焦平面的发展背景出发,简要介绍了一种新颖的非制冷焦平面成像技术,论述了读出电路在红外焦平面信号传输中的作用并介绍了其基本框图,分析了国内外焦平面读出电路的现状,最后提出了一些在红外焦平面阵列读出电路设计中所需要注意的问题。     

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。     

红外焦平面器件的信息获取电路技术

红外焦平面阵列器件是现代红外成像系统的关键器件，它包括红外探测器阵列和读出电路两部分。其信号获取电路是处理焦平面输出信号的部分，主要指与读出电路接口的放大电路。本文主要综合了红外焦平面器件的信息获取电路及其相关技术，并就其中的关键技术进行简要分析。     

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。     

非致冷红外焦平面阵列读出电路的设计和SPICE模拟

读出电路是非致冷红外焦平面阵列的核心部件之一,对电路进行SPICE模拟是验证电路的重要手段。针对近年来得到迅猛发展的微测辐射热计(VOx)非致冷红外焦平面阵列的特点,提出了相应CMOS读出电路的设计方案,并用PSpice9.2给出了4×4CMOS读出电路的实现和精确的模拟结果。模拟结果表明,该方案是适合微测辐射热计非致冷红外焦平面阵列读出电路一种较为理想的形式,同样也适合于大阵列(如160×120和320×240)的CMOS读出电路。     

可编程逻辑器件在红外焦平面阵列读出电路信号源中的应用

读出电路是红外焦平面器件研究的关键技术之一.文中首先介绍了可编程逻辑器件用于红外焦平面阵列读出电路信号源中的优点及红外焦平面读出电路信号源的特殊性,然后介绍了用于测试所研制的两种读出电路的信号源设计.     

非制冷红外焦平面阵列读出电路设计研究

非致冷红外焦平面阵列技术正在迅速发展，应用领域日益扩展。本文简要介绍了非致冷焦平面阵列(UFPA)的发展历程和现状。对其核心部件之一，即读出电路(ROIC)，以热释电焦平面阵列和微测热辐射焦平面阵列所使用的ROIC为例，进行了原理分析和讨论。最后对未来非致冷红外焦平面阵列读出电路的发展方向进行了简单探讨。     

二极管原理非制冷红外焦平面阵列的集成设计

面向非制冷红外成像的低成本高性能应用,二极管原理的红外焦平面阵列的设计和工艺实现得到研究和发展.焦平面和读出电路的设计集成以及CMOS和MEMS工艺集成是此项技术的研究重点.基于SOI的二极管原理焦平面阵列在低成本的利用CMOS工艺实现大规模阵列集成方面有很大的优势.读出电路是基于标准CMOS工艺进行设计的.320×2...     

化学镀镍在32×32非致冷红外焦平面互连中的应用

红外焦平面需要用互连技术把光敏元阵列与信号读出电路进行互连,利用化学镀的方法,在32×32非致冷红外焦平面阵列的CMOS读出电路上镀直径为6μm,高度为2μm的互连柱。测试结果表明,该技术稳定可靠,是实现接触孔互连的可行方法。     

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。     

Design of Diode Type Un-Cooled Infrared Focal Plane Array Readout Circuit

The diode infrared focal plane array uses the silicon diodes as a sensitive device for infrared signal measurement. By the infrared radiation, the infrared focal plane can produces small voltage signals. For the traditional readout circuit structures are designed to process current signals, they cannot be applied to it. In this paper,a new readout circuit for the diode un-cooled infrared focal plane array is developed. The principle of detector array signal readout and small signal amplification is given in detail. The readout circuit is designed and simulated by using the Central Semiconductor Manufacturing Corporation (CSMC) 0.5 μm complementary metal-oxide-semiconductor transistor (CMOS) technology library. Cadence Spectre simulation results show that the scheme can be applied to the CMOS readout integrated circuit (ROIC) with a larger array, such as 320×240 size array.     

红外焦平面读出电路成像重影问题的分析

随着红外焦平面探测器广泛的应用,在实际成像中会出现一些新的问题。本文针对某款256×256规格的探测器成像出现重影问题,制定了相应的读出电路成像测试分析方案。从读出电路通道、主时钟频率、目标信号强度等方面全面分析该问题与读出电路的关系,并定位了重影问题的原因。     

Parameter Test of ROIC for IRFPA Based on Virtual Instrument Technology

The readout integrated circuit(ROIC)technology is one of the critical technologies in the research of an infrared focal plane array(IRFPA).Based on the virtual instrument technology,a system for parameter test of ROIC is developed for IRFPA.The complex programmable logic device(CPLD)is applied into the system to increase its flexibility,With high reliability and precision,along with the integrated software and hardware environment,the system can test all kinds of ROICs.     

大动态范围、高灵敏度红外焦平面数字像元读出电路技术（特邀）

长波红外探测器一直以来受到读出电路电荷存储容量的限制,导致信噪比、动态范围和灵敏度都难以提升,制约了长波红外成像系统的发展和应用。文中对比分析了模拟像元和数字像元读出电路技术,介绍了数字像元焦平面的发展现状和主要架构。采用脉冲频率调制方案设计了384×288（25 μm）和256×256 （30 μm）两款数字像元读出电路,其中比较器设计提高了功耗效率和强壮性,并耦合碲镉汞探测器形成长波数字焦平面探测器组件进行测试,结果与国内外相关工作进行比较分析,峰值噪声等效温差分别达到3.4 mK和1.9 mK,动态范围达到96 dB。测试结果表明,数字像元技术显著提升了长波红外焦平面的灵敏度和动态范围,是提高红外探测器性能的有效途径。     

256×256焦平面阵列读出电路数字控制研究

随着探测器阵列规模的快速发展,探测器阵列信号的整帧读出时间加长,在实时成像和光谱测试等方面遇到一些问题.文章主要针对256×256红外焦平面阵列进行数字控制研究,并着重对读出电路多通道输出控制方式进行讨论.该控制模式成功应用在256×256焦平面阵列读出电路中,在同样的主钟控制下,使帧读出时间缩短为原来的2/3(双通道输出)和2/5(四通道输出),在实际测试和检验中得到很好的效果.     

基于电容读出的非制冷红外探测器

介绍了一种基于标准硅工艺的电容读出式微悬臂梁非制冷红外探测器的设计、制作以及集成读出电路的设计。该探测器用于探测室温下物体的红外辐射，其响应波长为8～12 μm 。由于氮化硅和铝的热膨胀系数相差很大，用这两种材料的薄膜做成的双材料微悬臂梁在红外辐射下会发生弯曲，微悬臂梁和衬底形成一个可变电容，通过检测电容的变化来反映微悬臂梁的弯曲，从而可以探测红外辐射的情况。采用和探测器集成的CMOS读出电路对探测器信号进行读取，微悬臂梁的电容灵敏度可达2.5 fF/K，温度分辨率为0.1 K。     

具有背景抑制功能的长波红外读出电路

为了提高红外焦平面检测目标的灵敏度，目标辐射产生的载流子应尽可能长时间保持，同时应尽可能减少热激发和背景辐射激发的比例。高背景条件下长波红外读出电路的积分电容较快饱和，且长波红外探测器暗电流的非均匀性会影响焦平面的固定图形噪声。基于共模背景抑制结构以及长波碲镉汞探测器暗电流分析的基础上，设计了具有非均匀性矫正的背景抑制电路。传统的背景抑制电路采用单一共模背景抑制或差模背景抑制。差模背景抑制模块的高精度背景记忆一般在小范围区间内。本文背景抑制结构采用共模背景抑制与差模背景抑制相结合，可以在较大的背景噪声范围内有效地降低固定图形噪声以及增大动态范围。该背景抑制结构中共模背景抑制采用电压-电流转换法，差模背景抑制采用电流存储型背景抑制结构。差模背景抑制通过背景记忆时信号放大，背景抑制时信号缩小来提高背景抑制精度。电路采用标准CMOS工艺流片。测试结果表明:读出电路的FPN值为2.08 mV。未开启背景抑制时，焦平面FPN值为48.25 mV。开启背景抑制后，焦平面FPN值降至5.8 mV。基于探测器的暗电流非均匀分布，计算其理论FPN值为40.9 mV。长波红外焦平面输出信号的RMS噪声在0.6 mV左右。     

Infrared focal plane array technology

Requirements for infrared focal plane arrays (IRFPAs) for advanced infrared imaging systems are discussed, and an overview is given of different IRFPA architectures. Important IR detector structures, including photoconductive, photovoltaic, metal-insulator-semiconductor (MIS), and Schottky barrier, are reviewed. Infrared detector materials and related crystal-growth techniques are discussed, emphasizing applicability to IRFPA designs and performance. Three types of input circuit used to couple the detector to the readout circuitry are discussed, namely, direct injection, buffered direct injection, and gate modulation. An overview is given of several readout techniques, including the CCD, MOSFET switch, CID, and CIM. Also discussed are related onchip signal processing topics as well as questions regarding producibility and array implementation