一种新型的高均匀性非制冷红外读出电路研究

针对非制冷红外探测器系统,设计了一种高均匀性的读出电路(ROIC)结构。由于非制冷红外焦平面阵列中微测辐射热计的制作工艺存在偏差导致探测器输出存在非均匀性,其中列条纹尤为明显。所提出的读出电路能有效地消除列条纹、提高均匀性。该ROIC已在0.5?m CMOS工艺下成功流片,并应用到阵列大小为320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上。测试结果表明:固定图像噪声(FPN)仅为0.088V,无明显列条纹。该ROIC在高均匀性的非制冷红外探测器上有着广泛的应用。     

一种具有片上补偿功能的红外读出电路

针对非制冷红外探测器系统,提出了一种恒流偏置的红外读出电路(ROIC),该电路具有衬底温度补偿功能,且可实现片上偏移非均匀性补偿。基于微测辐射热计等效电阻受目标温度、衬底温度等影响的等效模型,每个读出通道采用两个盲电阻以消除衬底温度的影响,同时使用DAC逐点调节参考电压,以完成片上偏移非均匀性补偿。该ROIC应用到阵列大小为320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上,已在CSMC 05MIXDDST02的0.5μm CMOS标准工艺下成功流试验片。电路测试结果表明:对于常温目标,当衬底温度变化60 K时,输出电压变化小于500 mV;经偏移非均匀性补偿后,阵列的固定图像噪声为11.8 mV。该ROIC适用于应用于复杂温度环境的高均匀性非制冷红外探测器。     

非制冷红外焦平面探测器及其技术发展动态

非制冷红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件。介绍了非制冷红外焦平面探测器的工作原理及微测辐射热计、读出电路、真空封装三大技术模块,分析了影响其性能的关键参数。与微测辐射热计设计相关的重要参数包括低的热导、高的红外吸收率、合适的热敏材料等;读出电路的传统功能是实现信号的转换读出,近年来也逐渐加入了信号补偿的功能;真空封装技术包括了金属管壳封装、陶瓷管壳封装、晶圆级封装和像元级封装。列举了国内外主要厂商的非制冷红外焦平面探测器的技术指标及近年来的最新技术进展,总结了非制冷红外焦平面探测器的技术发展趋势。     

具有低噪读出特性的VO2非致冷焦平面读出电路

介绍了一种针对二氧化钒敏感材料的CMOS读出电路(RO IC).该电路结构简单,适合大规模焦平面阵列,并具有良好的低噪特性,可以有效地降低焦平面衬底温度波动影响和抑制一些低频噪声.该读出电路已成功地应用于32×32元微测辐射热计焦平面阵列原型.     

非致冷红外焦平面阵列读出电路的设计和SPICE模拟

读出电路是非致冷红外焦平面阵列的核心部件之一,对电路进行SPICE模拟是验证电路的重要手段。针对近年来得到迅猛发展的微测辐射热计(VOx)非致冷红外焦平面阵列的特点,提出了相应CMOS读出电路的设计方案,并用PSpice9.2给出了4×4CMOS读出电路的实现和精确的模拟结果。模拟结果表明,该方案是适合微测辐射热计非致冷红外焦平面阵列读出电路一种较为理想的形式,同样也适合于大阵列(如160×120和320×240)的CMOS读出电路。     

微测辐射热计的建模与仿真

微测辐射热计是一种应用前景广阔的非制冷型红外焦平面器件,本文对微测辐射热计 进行了建模和仿真,并利用该模型分析、仿真了复位积分放大器CTIA (Capacitive Transimpedance Amp lifier)输出的微测辐射热计对不同黑体目标的输出电压和像元的响应率,为进一步设计、优化微测辐射热计读出电路打下了基础。     

一种用于非制冷红外焦平面阵列的低噪声高均匀性读出电路

提出了一种高均匀性低噪声的读出电路,该电路通过抑制非制冷红外焦平面阵列固定模式噪声,从而可实现高质量的红外图像.该电路前端采用了行共享的增益可控NMOS管抑制像元固定模式噪声,同时采用了新型的相关双采样电路抑制列固定模式噪声.在仿真基础上,采用了AMS 0.35μm CMOS工艺完成了16×16像元芯片的制备.对芯片的大量测试结果表明提出的读出电路可以有效地降低非制冷红外焦平面阵列的固定模式噪声,同时具有高均匀性的特点,适用于高性能非制冷红外探测器.     

一种具有衬底温度补偿功能的非制冷红外读出电路

针对非制冷红外探测器系统,设计了一种无需衬底温度稳定器——热电制冷器(TEC)的读出电路(ROIC)结构.首先分析了衬底温度对微测辐射热计的特性的影响,利用ROIC对衬底温度变化引起的微测辐射热计的特性的变化进行补偿,实现ROIC的输出信号与衬底无关.该ROIC已在0.5 μm CMOS工艺下成功流片,并应用了到阵列大小为320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上.测试结果表明:在衬底温度变化20 K时,ROIC输出信号仅变化2 mV,实现了去除TEC后衬底温度补偿的功能,有效地降低了系统功耗.该ROIC在低功耗,小体积的非制冷红外探测器上有着广泛的应用.     

横向多晶硅p+p-n+结非致冷红外焦平面

应用标准CMOS工艺,同时结合体硅微机械加工技术,研制成功横向多晶硅p p-n 微测辐射热计单元;基于研制成功的微测辐射热计,设计了规模为128×128面阵的非致冷红外焦平面.采用标准CMOS工艺制作横向多晶硅p p-n 结热敏响应元和读出电路;在CMOS工艺完成后,辅以与CMOS工艺兼容的体硅微机械加工工艺,制备微桥形式的热绝缘结构,从而方便地实现了CMOS读出电路与探测器阵列的单片集成.在3～5 μm红外波段,微测辐射热计的电压响应率为5.7×103 V/W,黑体探测率D·为1.2×108 cm·Hz1/2·W-1.焦平面采用行读出模式的结构,信号读出采用栅调制积分电路,输出级采用外接负载电阻的源极跟随电路,将探测器单元产生的信号按顺序串行单端输出.     

基于测辐射热计型非制冷IRFPA读出电路设计

对基于测辐射热计型热敏电阻的非制冷红外焦平面阵列( IRFPA) ,在读出电路(RO2 IC)中采用积分放大技术能有效提高探测器的信噪比。给出了160 ×128的RO IC设计方案,重点介绍了该方案中的偏置结构及积分放大器设计。基于上华半导体0. 6μm CMOS工艺仿真结果表明,该方案能很好地适应大阵列(如160 ×128和320 ×240)的CMOS读出电路。     

新型无TEC的非制冷IRFPA读出电路研究

为了降低非制冷红外焦平面阵列的功耗,研究了去除热电制冷器（TEC）等温度稳定装置的读出电路。通过对微测辐射热计的电阻温度特性的分析,设计了一种新型无需温度稳定装置的读出电路,该电路的Flash存储器存储不同温度下的校正系数,温度传感器实时检测探测器的环境温度,从Flash中取出相应的温度校正系数送入数模转换器(DAC),通过DAC的电压输出来控制探测器偏流以进行环境温度补偿。HSPICE模拟结果表明,电路输出与探测器工作的环境温度无关,系统的总功耗下降了80%,同时电路噪声保持在一个较低的水平。     

非制冷微悬臂梁式红外焦平面探测器读出电路设计

针对非制冷微悬臂梁电容式红外探测器,设计了一款焦平面读出电路.根据电路噪声建模与分析,对电路进行了优化设计以抑制噪声.采用0.35μm的CMOS工艺设计,制造了16×16读出电路原型.测试结果表明,5V电源电压、50Hz帧频下电路总功耗为16.5mW,典型工作模式下线性度为99.2%,通道一致性大于97%,等效输入噪声电荷小于150e.     

An ultra low noise readout integrated circuit for uncooled microbolometers

A low noise readout architecture for uncooled microbolometer focal plane arrays is described. The on-chip readout circuit contains an integration circuit in which the bolometer current is directed injected into a capacitor, and exhibits extremely low noise with no decrease in signal by using an ultra low noise capacitive transimpedance amplifier (CTIA). The simple configuration of the integration circuit makes it possible to operate more circuits in parallel, and increases the integration time and number of pixels. A 40 × 30 uncooled microbolometer focal plane array based on the low noise ROIC was implemented on silicon using a 0.5 μm CMOS technology. The total output noise voltage is 260 μV RMS. A noise at this level is so low that can loosen required TCR in the bolometer material. Experimental values of voltage responsivities of 3.98 × 10⁵ V/W on average at 1 Hz modulation frequency have been achieved.     

Ultra-low-noise readout integrated circuit for uncooled microbolometers

A low-noise readout architecture for uncooled microbolometer focal plane arrays is described. A 40times30 uncooled microbolometer focal plane array based on the low-noise ROIC was implemented on silicon using a 0.5 mum CMOS technology. Total output noise voltage is 260 V RMS. Experimental values of voltage responsivities of 3.98 10⁵ V/W on average at 1 Hz modulation frequency have been achieved.     

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。     

国外硅基UMBIRFPA制备技术研究进展

介绍了国外硅基非致冷微测辐射热计红外焦平面阵列（Ｓｉ＋ＵＭＢＩＲＦＰＡ）的典型结构，制备工艺技术以及ＵＭＢＩＲＦＰＡ的性能参数。     

384×288非制冷红外焦平面阵列驱动电路的设计

在分析了法国ULIS公司的384×288元的长波红外非制冷微测辐射热计UL03191结构、性能及工作参数的基础上,针对该探测器数字与模拟两种输出模式设计了基于CPLD驱动电路。通过使用所设计电路采集黑体辐射的光信号转换成12位灰度图像来测试电路工作性能、成像质量和噪声特点,比较两种模式的测试结果,得出采用数字输出模式设计的电路具有体积小、功耗低及成像噪声小等特点。同时,设计了基于ADN8830单芯片热电制冷器控制器的温度控制系统,该系统设置电压由CPLD控制,可实现焦平面阵列根据环境温度变化采用不同工作温度点工作,从而较好的改善探测器工作性能和成像质量,降低探测器功耗。     

一种低噪声红外焦平面器件采集电路的设计

提出了384×288非制冷红外焦平面UL03162驱动电路和焦平面器件模拟输出信号数字化的设计方法,从理论和实际上论述了偏置电压对焦平面器件性能的影响,阐明了偏置电压的产生方案,并简要说明时序控制产生和转换器选择的方法,为焦平面高性能、稳定可靠的工作提供了必要条件.通过测试系统检测,RMS噪声为312.4 μV,充分发挥了该器件的优良性能.     

二极管原理非制冷红外焦平面阵列的集成设计

面向非制冷红外成像的低成本高性能应用,二极管原理的红外焦平面阵列的设计和工艺实现得到研究和发展.焦平面和读出电路的设计集成以及CMOS和MEMS工艺集成是此项技术的研究重点.基于SOI的二极管原理焦平面阵列在低成本的利用CMOS工艺实现大规模阵列集成方面有很大的优势.读出电路是基于标准CMOS工艺进行设计的.320×2...     

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。