红外焦平面器件读出电路技术

本文是一篇关于红外焦平面阵列器件的综述性文章。主要介绍了红外焦平面阵列器件的分类、定义、应用、组成部分、发展趋势,其中重点对红外焦平面器件读出电路技术作了详尽的论述。     

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。     

一种高性能红外焦平面阵列读出电路

提出了一种快闪式红外焦平面阵列读出电路。采用改进的直接注入型单元电路,积分电容大小可选,能适应大范围的光背景条件,并且增加了图像变换(倒置/反转)功能。一款128×128阵列的读出电路已经基于标准0.5μmCMOS工艺实现,整体芯片的面积为8.0mm×8.5mm。实测结果表明,此读出电路具有良好的光电转换能力,同时具有功耗低、输出摆幅大、动态范围大等优点。     

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.     

BBD结构红外焦平面CMOS_TDI读出电路

BBD(戽链器件)因能与标准CMOS工艺兼容而受到了人们的重视.许多人开始研究基于BBD结构的红外焦平面读出电路,即以BBD结构实现时间延迟和积分功能(CMOS_TDI).基于CMOS的读出电路驱动时钟简单,采用标准逻辑电源电压工作,与外界电路之间的接口方便;并且工作电压较低,使读出电路可以实现微功耗;可以将信号读取和处理电路、驱动与控制电路甚至A/D转换器、数字信号处理电路以及全数字接口电路等完全集成在一起,实现所谓的"智能型"红外焦平面;另外,由于采用标准的CMOS工艺,因而又具有低成本的特点.     

红外焦平面阵列用信号处理电路

介绍了红外焦平面阵列信号处理电路的发展概况。重点描述了CCD多路传感器（CCD－MUX）、时间延迟积分CCD（TDI－CCD）、MOSFET、CMOS多路传感器（CMOS－MUX）的基本结构、工作方式及应用领域。最后给出了多路传感器件的两种应用电路。     

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。     

红外焦平面阵列读出电路非均匀性研究

读出电路对红外焦平面阵列成像系统的非均匀性有重要影响,采用动态非线性系统函数的泰勒级数建立功能电路单元的通用非均匀性模型,按照模拟型读出电路的一般结构建立读出电路的非均匀性模型,利用高斯噪声和柏林噪声模拟读出电路参数的空间随机分布,采用三维噪声的空间分量量化评估非均匀性,采用等长的矩阵模型简化阵列信号串行读出的时空转换过程,分析了噪声模型、多通道缓冲和响应非线性的非均匀特性,并指导某320×256阵列读出电路进行了非均匀特性仿真和优化。该方法能够对读出电路的非均匀性进行系统级仿真评估,并为其工程优化提供指导。     

天文应用红外焦平面读出电路研究

成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提下尽可能地降低电路功耗以减小电路辉光对器件暗电流的影响。同时,研究非破坏性读出的数字功能,实现了超长的积分时间和信号的多帧累积,并作为一种斜坡采样的策略有效地降低读出噪声。短波HgCdTe焦平面的测试结果符合理论设计预期,开启电路非破坏性读出功能,设置6 000 s的积分时间,当电路功耗调低至14.04 mW时暗电流为0.9 e-·pixel^-1·s^-1。读出噪声在两档增益下分别为50 e-(10 fF)和27 e-(5 fF),非线性度低于0.1%。     

双色红外焦平面读出电路信号输入级初探

文章通过对双色红外焦平面结构、工作模式、各种信号输入级电路的研究,提出了顺序和同步工作的两种焦平面读出电路结构,输入级都是直接注入方式。短波( SW)和中波(MW)二个波段的光电流分别在各自的电容上积分,然后输出到后级电路,初步获得了电路的仿真结果。     

基于测辐射热计型非制冷IRFPA读出电路设计

对基于测辐射热计型热敏电阻的非制冷红外焦平面阵列( IRFPA) ,在读出电路(RO2 IC)中采用积分放大技术能有效提高探测器的信噪比。给出了160 ×128的RO IC设计方案,重点介绍了该方案中的偏置结构及积分放大器设计。基于上华半导体0. 6μm CMOS工艺仿真结果表明,该方案能很好地适应大阵列(如160 ×128和320 ×240)的CMOS读出电路。     

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.     

Kink效应对低温CMOS读出电路的影响

在深低温下（T〈50K），CMOS器件会出现Kink效应，即Ⅰ-Ⅴ特性曲线会发生扭曲。当漏源电压较大时（Vds〉4V），漏电流突然加大，电流曲线偏离正常的平方关系。本文通过实验表明，Kink效应对CMOS读出电路中的一些电路结构产生较严重的影响，Kink效应会导致源跟随器输出产生严重的非线性；对于共源放大器和两级运放，Kink效应会使其增益产生非线性。最后，针对影响低温读出电路性能的Kink效应进行分析和研究，提出在低温CMOS读出集成电路设计中如何解决这些问题的方案。     

Kink效应对低温CMOS读出电路的影响

在深低温下(T<50K)，CMOS器件会出现Kink效应，即I-V特性曲线会发生扭曲。当漏源电压较大时(Vds＞4V)，漏电流突然加大，电流曲线偏离正常的平方关系。本文通过实验表明，Kink效应对CMOS读出电路中的一些电路结构产生较严重的影响，Kink效应会导致源跟随器输出产生严重的非线性；对于共源放大器和两级运放，Kink效应会使其增益产生非线性。最后，针对影响低温读出电路性能的Kink效应进行分析和研究，提出在低温CMOS读出集成电路设计中如何解决这些问题的方案。     

基于SAR ADC的短波红外焦平面数字化读出电路研究

片上集成数字化是红外焦平面的主要发展方向之一,其关键技术是在读出电路内部集成模数转换(ADC)模块。针对线列InGaAs焦平面的数字化需求,采用了一种基于非二进制的冗余位 SAR ADC设计方案。整个读出电路包括读出电路单元和模数转换单元。读出电路单元采用的是电容跨阻放大器(CTIA)结构,其结构线性度好,注入效率高;模数转换单元采用的是SAR ADC,其结构简单,功耗低。文章采用非二进制校准的方法对CDAC模块进行设计,通过在电容阵列中插入冗余位来提高ADC的转换速度和精度,并使用下极板采样技术来提高采样精度。在0.18μm CMOS工艺模型下,完成了14bit的SAR ADC的设计。仿真结果表明:在采样率为1MS/s条件下,SAR ADC的信噪比(SNR)为74dB,有效位数为13.4bits。     

红外探测器背景抑制读出结构设计研究

长波红外焦平面探测器一般工作在高背景下，信号电流小于背景电流，器件本身暗电流也较大，信号读出时积分电容极易饱和，这都不利于获得理想的信噪比。通过在读出电路输入级中增加电流抑制结构，可有效提高积分时间，改善动态范围和对比度。本文介绍了红外焦平面读出电路中几种典型的背景电流及暗电流抑制技术，依次叙述不同结构背景及暗电流抑制的实现原理，并比较各个结构的优缺点，针对不同电路结构的特点，通过典型电路仿真分析，确定了它们在各种红外焦平面读出电路输入级中的应用范围。     

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PSpice 9.2给出了4×4 CMOS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.     

采用虚拟仪器产生热释电IRFPA电路驱动信号方法

采用虚拟仪器技术,构建基于计算机硬件和LabV IEW软件平台的虚拟仪器系统,能对热释电红外焦平面阵列( IRFPA)读出电路工作时序、逻辑关系的驱动控制。该系统控制PCI数据采集卡输出驱动信号。实验结果表明,该方法是可行的,并具有软件可编程能力,突破了传统利用CPLD技术的方法。