中短波红外图像传感器读出电路研究进展

随着红外技术和探测器性能的进步,中波和短波红外技术在恶劣天气中具有更优秀的成像性能,在民用、军事和航空航天等领域中得到了越来越广泛的应用。读出电路作为连接探测器阵列与后级图像处理电路的关键模块,其性能对中短波红外相机系统性能具有重要影响,决定了最终的成像质量。文章综述了中短波红外图像传感器读出电路的发展现状,分析了读出电路中噪声、动态范围、帧频等问题,重点探讨了针对以上问题的解决方案。最后对读出电路未来设计的改进方向进行了讨论。     

线列TDI型红外焦平面读出电路低功耗设计

摘要：基于对具有TDI功能的红外线列读出电路工作原理的分析,通过改变电路的工作电流及工作时间进行低功耗设计,最后分别对优化前后的读出电路进行直流仿真,仿真结果显示优化后读出电路功耗较原始电路降低了49.5%,验证了低功耗设计方案的可行性。     

薄膜型热释电探测器红外响应模型分析

在进行热释电焦平面探测器ROIC（读出电路）设计时,必须充分考虑热释电探测器的红外响应特性,并根据探测器等效电路的SPICE模型进行设计仿真。从热释电探测器的热平衡方程出发,在Matlab平台上分析模拟了探测器对脉冲函数调制状态下的瞬态响应,并根据提供的薄膜材料参数在具体应用中建立了热释电探测器的等效电路模型。把探测器等效电路模型与SFD（源跟随器）型输入单元读出电路连接后进行模拟仿真,分析了不同条件下热释电探测器／读出电路组件的响应特性。     

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。     

基于CMI及差分电流的紫外读出集成电路的研究

本文提出了一种基于电流镜镜像积分(CMI)及差分电流结构的GaN紫外探测器读出电路结构,分析了该读出电路结构的工作原理及特点.通过SPICE对电路结构进行了仿真验证,结果显示该读出电路结构可以对探测器的光响应电流信号进行有效的读取.     

新型低功耗128×128红外读出电路设计

文中介绍了一种新型的128×128红外读出电路中的低功耗设计,包括像素级和列读出级两部分.在像素级设计中,提出了一种新型四像素共用反馈放大器(Quad-Share Buffered Injection,QSBDI)的结构:每个像素的平均功耗为500nW,放大器引入的功耗降低了30%,同时使像素FPN只来源于局部失配.列读出级采用新型主从两级放大列读出结构,其中主放大器完成电荷到电压的转换,从放大器驱动输出总线来满足一定的读出速度.通过SPICE仿真发现,与传统列电荷放大器结构相比,新型结构可节省60%的功耗.     

红外焦平面器件开窗寻址电路的设计

基于可综合风格的Verilog HDL技术,采取控制单元与数据通道分离的设计结构,对320×256红外焦平面阵列的开窗寻址电路进行RTL级建模,设计了具有对红外焦平面阵列任意开窗寻址功能和读出顺序可上下左右翻转功能的寻址电路。并在Cadence NC Verilog环境下进行编译与仿真,仿真结果表明整个设计能够实现预期寻址功能,满足IRFPA读出多样化的需求。     

多谱段线列红外探测器读出电路设计优化

集成电路制造技术的发展使单芯片集成多谱段红外探测器成为可能,其中长线列红外探测器读出电路设计遇到的挑战之一就是寄生效应。针对一款多谱段长线列用读出电路在最小积分电容时行间输出电平差异显著,导致成像出现明暗条纹的现象进行了测试分析,得出复杂的电路版图寄生效应是主要原因。通过优化设计及流片验证,解决了寄生效应导致的成像明暗条纹问题。     

第三代红外焦平面探测器读出电路

对红外探测器不断增长和提高的需求催生了第三代红外焦平面探测器技术。根据第三代红外探测器的概念,像素达到百万级,热灵敏度NETD达到1 m K量级是第三代制冷型高性能红外焦平面探测器的基本特征。计算结果表明读出电路需要达到1000 Me-以上的电荷处理能力和100 d B左右的动态范围(Dynamic Range)才能满足上述第三代红外焦平面探测器需求。提出在像素内进行数字积分技术,以期突破传统模拟读出电路的电荷存储量和动态范围瓶颈限制,使高空间分辨率、高温度分辨率及高帧频的第三代高性能制冷型红外焦平面探测器得到实现。     

非制冷红外焦平面阵列读出电路的BCB牺牲层接触平坦化(英文)

研究了一种基于BCB材料的牺牲层接触平坦化技术,用于红外焦平面阵列Post CMOS工艺之前对读出电路表面的平坦化,以利于微测辐射热计微桥阵列与读出电路的集成。利用该方法成功将2μm的电路表面突起,平坦化为表面起伏56 nm的平面,可替代会给器件带来颗粒和损伤的化学机械抛光(CMP)技术。并在该平坦层上方成功进行了非晶硅敏感薄膜的沉积、微桥结构的图形化以及同时作为牺牲层的BCB的释放。通过实验研究了BCB膜层的厚度与转速、固化温度的关系,实验发现BCB的收缩率随温度小范围变化,约为30%。研究了BCB的等离子刻蚀特性,表明该材料适合用等离子刻蚀的方法进行接触孔的刻蚀和牺牲层释放。最后,利用BCB牺牲层接触平坦化技术成功地在读出电路(ROIC)芯片上制作了160×120面阵的非制冷红外焦平面阵列。