基于15位像素级模数转换器的640×512规格中波红外成像用48 mW数字读出电路

提出了一种用于中波红外成像的基于15位像素级单斜率模数转换器的低功耗数字读出电路。像素级模数转换器采用一种新型功耗自适应的脉冲输出型比较器,只有当斜坡电压信号接近积分电压时,比较器才产生功耗。此外,比较器输出脉冲信号,降低了15位量化结果存储器上消耗的动态功耗。该存储器采用三管动态结构,仅占约54 μm²面积,以满足15 μm像素中心距的面积约束。量化结果以电流模式读出到列级,避免相邻列总线间的电压串扰。基于0.18 μm CMOS工艺,采用该结构,设计并制造了640×512 规格的数字读出电路。测试结果表明,在120 Hz的帧频下,功耗仅为48 mW,总积分电容为740 fF,电荷处理能力为8.8 Me^-。在满阱状态,等效到积分电容的噪声电压为116 μV,峰值信噪比为84 dB。     

一种像素级源跟随管共享的双列线信号传输的红外焦平面读出电路新结构

提出一种像素级源跟随管共享、双列线信号传输的红外焦平面读出电路新结构。像素的电压信号通过两条列线传递到列级,消除了列线寄生电阻带来的非均匀性和非线性。同一列的相邻四行像素共享源跟随管,增大了源跟随管的尺寸和面积,从而降低了热噪声、闪烁噪声以及工艺偏差带来的非均匀性。采用该结构并基于0.35 μm 2P3M CMOS工艺设计和制造了一款640×512规格读出电路,像素中心距为15 μm。测试结果表明：功耗仅30 mW,动态范围81 dB,非线性度0.11％,非均匀性小于1%。与中波红外探测器阵列互连后进行了组件测试和成像实验,组件非均匀性小于5%,NETD为18 mK,获得了高质量红外图像。