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。     

甚高灵敏度红外探测器读出电路研究进展

在读出电路有限的像元面积内获得尽可能大的电荷存储量是实现甚高灵敏度红外探测器的关键。基于脉冲频率调制的像元级模数转换（ADC）是实现甚高灵敏度红外探测器读出电路的主要方法,阐述了像元级脉冲频率调制ADC的原理,介绍了美国麻省理工学院林肯实验室、法国CEA-LETI在像元级数字读出电路的研究进展。作为从立体空间拓展电路密度的新技术,介绍了三维读出电路的研究进展。最后介绍了昆明物理研究所甚高灵敏度红外探测器读出电路的研究进展。利用像元级ADC技术和数字域时间延迟积分（TDI）技术,昆明物理研究所研制的长波512×8数字化TDI红外探测器组件,峰值灵敏度达到1.5 mK。     

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。     

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.     

320×240元非制冷红外焦平面阵列读出电路

采用1.2 μm DPDM n阱CMOS工艺设计并研制成功320×240热释电非制冷红外焦平面探测器读出电路.该读出电路中心距为50 μm,功耗小于50 mW,主要由X、Y移位寄存器、列放大器、相关双采样电路等构成,采用帧积分工作方式.经测试,研制的读出电路性能指标达到设计要求.给出了单元读出电路的电路结构、工作过程和参数测试结果.采用该读出电路和热释电红外探测阵列互联后,获得了良好的红外热像.     

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。     

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OTP存储器高速读出机制的设计

本文设计了一种用于OTP存储器的高速读出机制.该读出机制由内部电路产生读控制时序,采用地址变化探测电路、脉冲宽度调整及控制信号产生电路、采样与锁存电路来实现读取操作.其具有电路结构简单,读出速度快,读出准确,抗噪声、抗干扰能力强,功耗低的特点.仿真结果表明整个读取周期仅为24ns,数据口的读出信号稳定准确,不会产生读取误操作.     

读出电路开窗技术研究

读出电路开窗是红外焦平面和图像传感器读出电路中，用于提高图像帧频降低带宽的重要技术。该技术通过减小读出阵列的窗口尺寸，降低电路读出的数据量，从而提高帧频。介绍了两类主要的开窗模式:异步读出模式和同步读出模式。针对异步读出模式扩展性差、存在竞争冒险的问题，以及同步读出模式占用像元面积和窗口切换速度慢的问题，基于同步读出提出了一种行列控制字架构，并设计了一种用于该架构的可重复单元电路，提高了对不同面阵规格的扩展性。完成了所提出的开窗电路设计和版图设计，并对该电路进行了仿真验证。对比其他方案，文中设计实现了任意位置、最小1×1尺寸的开窗，同时解决了占用像元面积和竞争冒险问题，并提高了窗口切换速度。     

用于红外焦平面阵列的等效像元电路设计

提出了一种用于300×400红外焦平面阵列读出电路的等效像元电路结构。该电路与氧化钒(VOx薄膜)制成的微机械系统(MEMS)的电特性等效,并能够模拟MEMS像元改变时支路电流的变化。红外面阵探测器读出电路在流片后,生长MEMS物理结构(VOx薄膜)前,该等效像元电路结构用于读出电路的电性能测试,从而剔除不良品,减少封装成本。该电路采用了Global Foundry 0.35μm工艺设计并流片。测试结果表明,当积分电流为0~200nA时,该等效像元电路的电性能与MEMS像元一致。     

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。     

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.     

红外焦平面阵列读出电路技术分析

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；讨论了用于实现红外焦平面阵列读出电路的一些实施技术；并对各种实现技术进行了分析比较；最后提出了红外焦平面阵列读出电路今后的研究方向。     

基于像素累积积分的红外读出电路研究

像素累积积分(PA)与时间延迟积分(TDI)是应用较多的红外读出电路积分技术。TDI应用于扫描型焦平面,PA应用于凝视型焦平面。介绍了TDI的原理和作用,分析了PA的原理和电路实现。通过理论分析和仿真显示PA可以增强读出电路的信噪比和电荷存储容量。     

非制冷红外焦平面读出电路的设计与测试分析

本文设计出了具有电容反馈互导放大器(CTIA)及相关双采样(CDS)结构的非制冷红外焦平面的读出电路,搭建了包括红外信号源和IRFPA模块、控制模块、ROIC 驱动模块和信号放大采集处理模块在内的红外焦平面阵列参数测试系统,并用此测试系统对本实验室自行研制的小规模红外焦平面阵列进行了读出电路测试、数据处理和分析,测试结果与理论标称值吻合。     

基于虚拟仪器的IRFPA RPIC参数测试系统

读出电路是红外焦平面器件研究的关键之一，作者研制出一种基于虚拟食品的读出电路参数测试系统。该系统运行稳定、可靠、测试精度高，有完整的软硬件环境，可以测试各种读出电路。     

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.     

红外焦平面CMOS单元读出电路

研制出一种 Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 差分放大器组成的电容反馈互导放大器（ Ｃ Ｔ Ｉ Ａ） 型红外焦平面读出电路,其输出端带有相关双取样（ Ｃ Ｄ Ｓ） 电路。对读出电路的注入效率进行了计算机模拟。介绍了器件的设计与工艺分析。实验结果表明,在７７ Ｋ 下,读出电路的动态范围为６６ ｄ Ｂ,功耗典型值为０ ．５３ 毫瓦／ 位     

Testing System Based on Virtual Instrument for Readout Circuit of Infrared Focal Plane Array

Readout integrated circuit（ROIC） is one of the most important components for hybrid-integrated infrared focal plane array（IRFPA）. And it should be tested to ensure the product yield before bonding. This paper presents an on-wafer testing system based on Labview for ROIC of IRFPA. The quantitative measurement can be conducted after determining whether there is row crosstalk or not in this system. This low-cost system has the benefits of easy expansion, upgrading, and flexibility, and it has been employed in the testing of several kinds of IRFPA ROICs to measure the parameters of saturated output voltage, nonuniformity, dark noise and dynamic range, etc.