红外探测器用偏置电压源的设计及其低频噪声测量

红外成像系统利用光学系统和红外探测器接收目标物体的红外辐射,并将红外辐射分布图以人眼可观测的方式显示出来。成像处理电路功能包括为探测器提供电源、偏置电压和驱动信号使探测器能够正常工作。偏置电压源的噪声将给探测器的输出引入噪声,增大系统的NETD,降低系统性能。在设计低噪声偏置电压源的基础上,采用经典噪声测量电路对偏置电压源的噪声进行了测量。为测量偏压源的低频噪声,噪声测量电路分为前置放大电路和0.1~10 Hz滤波电路。对红外探测器用偏置电压源各级电压进行噪声测量后,得出了噪声值最小的红外探测器用偏置电压源的设计方案。     

二类超晶格红外焦平面探测器的研究进展

近几年,二类超晶格红外探测器在材料生长、器件结构设计、器件制备上经历了快速的发展,使得二类超晶格成为除碲镉汞外最受关注的红外探测器材料。本文简要介绍了二类超晶格的优势,总结了国际上二类超晶格红外探测器研究进展,回顾了二类超晶格红外探测器的技术发展历程,并分析了国内二类超晶格材料与器件中存在的技术问题。     

低噪声非制冷红外焦平面阵列驱动电路的设计

针对非制冷红外焦平面驱动电路在噪声和可靠性方面的高要求,分析了降低直流偏置电压噪声以降低红外焦平面阵列噪声的可行性,提出了一种新型低噪声的非制冷红外焦平面驱动电路.该驱动电路采用ADI公司的AD8606系列高精度低噪声运算放大器构成一个直流缓冲器,其具有强大的直流驱动能力和低噪声性能,实现了直流偏置电路.采用Altera公司的Cyclone Ⅱ系列可编程逻辑器件,设计红外焦平面的时序驱动电路.测试结果表明:焦平面探测器均方根噪声降低至397.83μV,为后续非制冷红外热像仪的研制奠定了基础.     

非制冷红外探测器低噪声驱动和处理电路的设计研究

随着科学技术的发展,红外波段的成像技术越来越得到人类的重视,其中,非制冷红外探测器作为新一代红外成像的主要工具,在国防和民用中都得到了广泛的应用.根据非制冷红外焦平面阵列的应用需求,设计了一种具有低噪声性能的驱动电路,从电源、偏压、时序驱动、信号处理四个方面对电路进行了改进,测试结果表明,该电路电源噪声在22 μV内,...     

非制冷红外焦平面阵列器件驱动电路的研究

分析了电路噪声、电压波动和温度变化等对红外焦平面阵列探测器的工作状态和器件成像品质的影响,论述了设计驱动电路的必要性。在此基础上,设计了非制冷红外焦平面阵列器件的驱动电路,该电路由三个功能模块构成,分别是直流偏置电压电路、单芯片焦平面温度控制电路和基于现场可编程门阵列器件的时序逻辑驱动电路。实验表明,该驱动电路的控温精度优于0.05℃,直流偏压电源精度高,噪声低,时序驱动合理。     

320×256二类超晶格红外探测器图像采集系统设计

为了验证上海技术物理研究所自发研制的320×256面阵二类超晶格红外焦平面探测器的性能,搭建红外成像系统获取图像,进行图像预处理,为探测器的性能评价以及系统应用打下基础。在满足系统性能指标的条件下,二类超晶格红外探测器将大大降低对系统的制冷要求以及功耗,同时显著提高系统的可靠性。该成像系统由光学镜头、驱动电路、数字信号处理模块以及上位机采集显示程序组成。采用对黑体成像的方式验证系统性能,实验结果表明,当探测器在300.1 K黑体的照射下,积分时间150μs时,整个成像系统的噪声等效温差(NETD)约为30 mK。     

288×4长波红外探测器关键驱动电路的设计

针对制冷型288×4长波焦平面红外探测器组件PLUTON LW K508的特点,设计了一个驱动模块,为探测器组件提供了时序与控制信号、模拟与数字电源、参考电平、制冷模式控制信号等。重点介绍了上电控制电路、GPOL电压产生电路、制冷模式控制电路等关键电路的设计原理与结构。实验结果表明,采集到的红外图像具有噪声低、精度高、稳定性强等特点。当探测器在293 K和353 K之间的黑体照射下,并且积分时间为19 μs时,整个红外图像采集系统采集到的图像噪声电压均值保持在0.4 mV以下。     

384×288非制冷红外探测器驱动电路设计

介绍了384×288非制冷红外焦平面探测器UL03191及其工作原理,分析了非制冷红外焦平面阵列驱动电路组成原理、设计方法,重点是偏置电压电路、脉冲电压信号驱动电路、温度检测及控制电路的设计等关键技术,并对主要驱动信号进行了仿真。     

384×288非制冷红外探测器驱动电路设计

介绍了384×288非制冷红外焦平面探测器UL03191及其工作原理,分析了非制冷红外焦平面阵列驱动电路组成原理、设计方法,重点是偏置电压电路、脉冲电压信号驱动电路、温度检测及控制电路的设计等关键技术,并对主要驱动信号进行了仿真。     

基于CPLD的红外焦平面阵列驱动电路的设计

红外焦平面阵列是新型的红外探测器,为了使其达到理想的工作状态,需要提供时钟驱动脉冲和偏置电压.传统的方法是通过重写EEPROM等方式来改写驱动脉冲信号.设计了一种使用CPLD的红外焦平面探测器时钟驱动电路,其电路结构简单,具有较强的器件驱动能力,可实现CMOS TDI 288×4红外焦平面阵列和其他超长线列焦平面阵列的驱动,提供可调偏置电压,为红外焦平面阵列的性能调试提供方便.     

Design and characterization of superlattice infrared photodetectoroperating at low bias voltage

In this paper, we investigate the performance and characterization of a 15-period superlattice embedded between two thick AlGaAs barriers. The structure can operate at low bias voltage with less power consumption for 8-10 μm long-wavelength infrared detection. In our design, one barrier is used to reduce the dark current and the other one is designed to enhance the collection efficiency of photoelectrons at the collector contact. The fabricated detector can be operated at a bias voltage lower than 0.1 V and exhibits a pronounced photovoltaic response. The spectral response shows voltage dependence around 0 V. At high bias voltage (>25 mV) the spectral lineshape is independent of bias and is around 8-10 μm with peak wavelength at 9.3 μm. At lower bias voltage the response is shifted toward shorter wavelength range. The peak responsivity was found to be 12 mA/W at λ_p =8.7 μm and zero bias and 85 mA/W at λ_p=9.3 μm and 0.1 V. Background limitation can be achieved up to 65 K with bias voltage less than 0.1 V. The measured noise power spectral density of the dark current at 77 K shows the characteristics of full shot noise rather than generation-recombination noise. The peak detectivity is determined to be D^*=3.5×10⁹ cm√(Hz)/W at 77 K and 0.1 V. In comparison with a conventional 30-period QWIP, our detector has the advantages of better performance at low bias voltages with lower power consumption and a tunable feature of spectral range     

一种长波红外光导探测器CMOS电路设计

CMOS 电路是高输入阻抗,而长波红外光导探测器是低阻抗,实现低阻抗红外光导探测器与CMOS 电路的良好匹配,是目前长波红外探测器高性能成像的关键技术。文中设计了一种能在低温下工作的低阻抗红外光导探测器CMOS 电路,差分放大器采用正负电源供电,在输入级采用桥式输入方式,该电路第一级采用1M的负反馈电阻实现信号放大,第二级放大采用正端放大方式,输入级、第一级放大、第二级放大均采用直接耦合方式。测试结果表明,该放大器与长波红外低输入阻抗光导探测器连接后能正常工作,总放大倍数大于1 万倍,3 dB 带宽大于4 kHz,等效输入电压噪声小于1.5 V,有效地解决了低阻抗光导探测器与高阻CMOS 电路的匹配问题。     

新型量子光电探测器读出与显示

对一种响应近红外的新型量子光电探测器特性进行测试和分析,给出了2×8探测器阵列和读出电路的对接测试结果,设计初步的成像系统采集显示焦平面输出。探测器有一个-0.8V的阈值电压,偏压大于阈值电压后器件响应率远大于1A/W,且响应率随光照功率增大减小。2×8探测器阵列与设计的读出电路通过Si基板对接后在77K条件测试,读出电路的线性度好于99.5%,信噪比达到67dB,探测器偏压为-1.5V,积分时间为200μs时探测器率达到1.38×1010cmHz1/2/W,达到实际应用的要求。设计了数据采集卡和成像系统验证了对接样品的实用性。     

不同偏压下红外探测器噪声测试系统的设计

热敏电阻型红外探测器是红外地球敏感器的核心元件,其质量决定整个卫星姿态测量精度。热敏电阻型红外探测器元件制造过程工艺复杂,技术难点大。由于该类器件的失效主要表现为噪声失效,因此,需要研究新的噪声测试方法来剔除失效器件。针对以锰钴镍氧化物作为灵敏元的红外探测器的特点,在分析其噪声模型的基础上,研究了不同偏压下噪声测试方法,并提出了相应测试系统的设计方案。通过测试验证,该系统本底噪声小于100 nV/Hz1/2,测试精度也满足要求,可以利用该测试方法进一步剔除存在疑点的探测器,提高红外探测器筛选有效性。该系统将为热敏电阻型红外探测器不同偏压下噪声筛选提供实验平台,并为进一步分析和研究不同偏压下噪声变化机理的研究奠定了基础。     

4路长积分时间CCD成像电路的设计与实现

基于CCD47-20和CCD55-30探测器设计了一种4路探测器成像电路。由于积分时间长,该系统可以在弱光条件下实现高灵敏度成像。建立了探测器的驱动电路模型,分析了CCD探测器对驱动的要求,以选择合适的驱动芯片;在分析探测器噪声特性的基础上,通过相关双采样法和合理的滤波器设置抑制了电路噪声。针对4路探测器信号处理电路之间的串扰问题进行了分析和对比,为合理的PCB布局布线提供了参考。该成像电路与商用镜头搭配使用后已成功获取了微光条件下的低噪声外景图像。     

数字化红外焦平面噪声分析研究

基于自行设计的TDI线列红外焦平面数字化读出电路,设计一款带有驱动IRFPA器件和数字化数据采集功能的红外焦平面测试系统,分别进行数字化线列读出电路电注入方式、中波红外焦平面和长波红外焦平面的噪声分析以及红外探测器比较关心的NETD的分析,并对积分时间、焦平面阵列注入区和偏置电压对红外探测性能的影响做了区分论证。     

基于电流镜积分的红外探测器读出电路设计

详细分析了电流镜积分(CMI)读出电路的工作原理、设计过程和CMI结构的噪声,并用CSMC 0.5μm CMOS工艺对所设计的电路进行仿真和版图设计,仿真结果表明CMI结构在电源电压为5 V,积分电容为2 pF时能提供一个较大的电荷存储能力(6.25x107个电子);在光生电流为50 pA时,探测器偏压稳定在3.615...     

基于近红外双色探测器的信号采集系统设计

针对近红外双色探测器在两种不同工作 波段的光谱响应曲线及暗电流,设计了一种基于近红外双色探 测器的信号采集系统及采集方法。该系统具有多种电流转电压 档位、电压放大档位和滤波电路带宽档位,能够快速进行信号 放大和带宽控制;同时通过数字/模拟转换器(D/A)为四级放大电 路提供模拟调零信号,可有效消除由光学系统的杂散光和探测器 自身的暗电流引起的噪声。该系统具有速率快、噪声低和分辨率 高等特点。通过使用这种信号采集系统,光学系统的信噪比、动态 范围、最小可测功率等指标参数都能得到提高。     

一种高灵敏度近红外光纤光功率计的设计

基于InGaAs光电二极管设计了一种高灵敏度的近红外光纤光功率计。该光功率计的前置放大电路采用多档放大量程设计,外加屏蔽盒,提高了测量动态范围。采用差分放大器、差分A/D转换芯片抑制系统的共模噪声。通过温度传感器测量了环境温度,使用D/A转换芯片对前置放大电路进行动态调零,从而抑制了系统的杂散光噪声、光电探测器的暗电流噪声以及光电探测器的温度漂移。测试表明,该光功率计在光纤通信光波段的光功率测量灵敏度达到-90 dBm,测量动态范围、系统信噪比、线性度等指标均显著提高。