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。     

红外焦平面阵列CMOS读出电路参数的计算机辅助测试系统

读出电路是红外焦平面器件研究的关键技术之一,本文研制出一种用于CMOS读出电路参数测试的计算机辅助测试系统.该系统可靠、精度高,有完整的软硬件环境,以适应各种读出电路的测试.     

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。     

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。     

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.     

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。     

非致冷红外焦平面读出电路的研究

非致冷红外焦平面阵列是非致冷红外热成像系统的关键部件，读出电路的性能对热图象的质量有很大影响。本文介绍了一种结构紧凑、低功耗的非致冷红外焦平面读出电路；讨论了改进性能的电路设计方案；提出了今后的发展方向。     

红外焦平面CMOS读出电路TDI功能的测试方法研究

给出了一种新颖的红外焦平面CMOS读出电路TDI功能的测试方法.该方法通过在电测试MOS场效应晶体管栅极施加不同波形的方波激励信号,观察输出电压波形的对应变化,验证TDI功能的信号延迟和累加操作是否正确.应用该方法实际测试了一款TDI型红外焦平面CMOS读出电路,各种激励模式下测试得到的输出波形均与预计的理想输出波形吻合,证明该测试方法可行,且简单、直观、有普适性.     

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.     

微光CMOS图像传感器读出电路研究

高性能的信号读出电路是微光CMOS图像传感器的重要组成部分,如何降低读出电路噪声,提高读出电路输出信号的信噪比成为读出电路设计的重点。本文设计了一种高增益低噪声的电容反馈跨阻放大器CTIA（Capacitive Trans impedanceAmplifier）与相关双采样电路CDS （Correlated Double Sampling）相结合的微光探测器读出电路。在CTIA电路中,采用T网络电容实现fF级的积分电容,并通过增益开关控制,来达到对微弱光信号的高增益低噪声读出。采用CSMC公司的0.5μm标准CMOS工艺库对电路进行流片,测试结果表明：在光电流信号为20~300 pA范围内,积分时间为20μs,该电路功能良好,信噪比（SNR）达到10,能应用于微光CMOS图像传感器。     

红外探测器高性能读出电路的研究

设计了一种高性能电容反馈跨阻放大器(CTIA)与相关双采样电路(CDS)相结合的红外探测器读出电路。该电路采用CTIA电路实现对微弱电流信号的高精度读出,并通过CDS电路抑制CTIA引入的固定模式噪声(FPN),最后采用失调校正技术减小CDS引入的失调,从而减小了噪声对电路的影响,提高了读出电路的精度。采用特许半导体(Chartered)0.35μm标准CMOS工艺对电路进行流片,测试结果表明:在20pA～10nA范围内该电路功能良好,读出精度可达10bit以上,线性度达97%,达到了设计要求。该读出电路可用于长线列及面阵结构红外探测系统。     

非制冷红外焦平面读出电路用带隙基准电压源

提出了一种高精度、低功耗、小面积的电流型CMOS基准电压源以满足非制冷红外焦平面(IRFPA)读出电路对基准电压源模块的要求。设计中采用两种分别具有正负一阶温度系数的电阻,通过对基准电压源的高阶温度系数进行补偿,获得更好的温度系数TC(Temperature Coefficient)。通过使用共源共栅结构代替传统的运放,节约了传统运放和偏置电路的功耗,并且具有出色的电源电压抑制比PSRR(Power Supply Reject Ratio)。该设计使用标准0.18 m CMOS工艺实现,工作电压3.3 V,-40~120 ℃温度范围内,输出基准电压温度系数约为3.7 ppm/℃,PSRR约为-78 dB@1 kHz,在25 ℃时消耗电流6.3 A,消耗芯片面积仅230 m100 m,所提出的电路是一种低功耗、节约面积的设计。     

快照模式紫外焦平面读出电路电容优化设计

快照模式焦平面读出电路的单元电路一般包括前置放大器、采样保持电路、多路开关传输器和缓冲跟随器.在有限的单元面积内完成较高性能的单元电路设计是快照模式焦平面读出电路的难点.考虑到积分电容、采样保持电容、运放补偿电容占据了CMOS电路版图中较多的面积,通过分析计算读出电路各级噪声以及电路总的输出噪声,探讨了上述各种电容对于电路噪声的影响.考虑到紫外探测器的特点,同时在固定其他设计参数的基础上,通过调整电容面积的分配比例,计算了电路可以得到最佳噪声水平的电容大小.结果表明,在目前的工艺和版图限制等条件下,在上述三种电容分别取1.1、0.4、1.2pF时,输出端噪声电压为最小,达172μV.     

一种高注入效率红外焦平面读出电路采样单元的设计

主要研究了一种新型的基于CTLA结构的CMOS红外焦平面读出电路的采样单元电路,该电路采用共源共栅电路结构,不仅具有一般CTIA结构高注入效率和固定偏压稳定的特点,而且由于采用管子数比一般的CTIA结构少,可以广泛应用在大面积的红外焦平面阵列上.     

CTIA型读出电路非线性的研究

在红外焦平面阵列读出电路中,其非线性的问题越来越受到重视。读出电路的非线性是产生非均匀性的重要因素,它影响着探测器的灵敏度,限制了探测器的使用范围。文中对电容跨阻抗放大器结构（CTIA）读出电路的非线性进行了理论研究,分析了放大器增益和积分电容对单元电路非线性的影响。同时通过分析源随器结构行选电路,提出采用单位增益负反馈的差分放大器来做行选电路,以提高电路的线性度。     

混合式IRFPA读出电路参数测试系统

读出电路是红外焦平面阵列(IRFPA)的关键组成部分之一。它的质量直接影响到IRFPA的质量,因此读出电路参数的测试非常重要。本系统采用信号模仿的方法,对IRFPA读出电路注入电信号,调节电信号即可模拟不同的测试条件,利用读出电路的输出就可测试其主要参数的技术指标。系统采用虚拟仪器系统的精密数据采集卡(DAQ)和用于数据处理的软件(LabVIEW)来构建出混合式IRPFA读出电路参数测试系统。采集卡对读出电路输出信号进行采集,并利用软件的运算功能模块对采集的数据进行统计运算,就可定量得到各项参数指标,从而判断读出电路性能的好坏。采用本系统对128×128元读出电路进行测试,实验结果表明了系统的可行性,测试结果可以反映读出电路的质量。     

一种程控实现任意行选的红外焦平面读出电路

设计了一种可应用于多光谱红外光谱仪的红外焦平面读出集成电路。电路可以选择任意连续或非连续行的积分信号进行读出而无须逐行读出,从而大大增加了系统的灵活性和帧频。同时,电路采用滚动式IWR工作模式,为此根据读出单元是否有积分开关设计了两种复位积分控制模块;单元内部可采用DI,CTIA等读出结构。此电路具有明确的工程应用价值。     

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.     

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%。