低功耗64×64 CMOS快照模式焦平面读出电路新结构

介绍了一个工作于快照模式的CMOS焦平面读出电路的低功耗新结构-OESCA(Odd-Even SnapshotCharge Amplifier)结构该结构像素电路非常简单,仅用三个NMOS管;采用两个低功耗设计的电荷放大器做列读出电路,分别用于奇偶行的读出,不但可有效消除列线寄生电容的影响,而且列读出电路的功耗可降低1 5%,因此OESCA新结构特别适于要求低功耗设计的大规模、小像素阵列焦平面读出电路采用OESCA结构和1.2μm双硅双铝标准CMOS工艺设计了一个64×64规模焦平面读出电路实验芯片,其像素尺寸为50μm×50μm,读出电路的电荷处理能力达10.37pC.详细介绍了该读出电路的体系结构、像素电路、探测器模型和工作时序,并给出了精确的SPICE仿真结果和试验芯片的测试结果.     

基于Switched-opamp的低功耗读出电路设计

利用开关运放技术对运放进行电源管理,实现了焦平面读出电路列运放的"休眠"-"唤醒"工作模式,使列运放仅在该列信号选通时工作.这种结构级功耗优化方法缩短了运放工作时间,降低了读出电路的功耗,适合低功耗系统应用要求.并设计了两种读出控制方案,对4×4元读出电路进行了瞬态分析.比照原有设计,该方法最多可以节省读出阶段列运放83%的功耗.     

面向QWIP焦平面阵列的快照模式低温读出电路

介绍了应用于GaAs/AlGaAs量子阱红外焦平面阵列的快照模式的低温读出电路的设计方法与测试结果。读出电路采用CTIA作为输入电路,提出在单元输入电路中引入内建电注入器件进行读出电路封装前测试。对读出电路的低温和低功耗进行了优化设计。基于该方法采用0.35um CMOS工艺设计制造了阵列尺寸为128×128的读出电路实验芯片。测试结果表明,读出电路能够在77K的温度下正常工作,功耗为35mW。该读出电路象元级的电荷容量为2.57×106电子,跨导系数为1.4×107Ω。分析表明,在3.3V电源电压下,当输出速率为10MHz时,实验芯片的非均匀性小于5%。     

红外读出电路中低功耗列读出级电路的设计

提出了一种用于红外读出电路的新型低功耗列读出级结构。该结构在传统主从列读出级电路的基础上,引进电压检测电路,通过检测相邻列中主运放的输出电压,动态地调节从运放工作电流,避免了传统结构中从运放需要始终工作在大电流下(>Imax)的限制,从而显著地降低了功耗。具体电路采用CSMC DPTM 0.5μm工艺实现,Hspice仿真结果表明,新型主从列读出级中从运放功耗与传统主从列读出级中从运放功耗相比,从运放的平均功耗最大可以节省75%。     

低功耗64×64CMOS快照模式焦平面读出电路新结构

介绍了一个工作于快照模式的 CMOS焦平面读出电路的低功耗新结构— OESCA (Odd- Even SnapshotCharge Am plifier)结构 .该结构像素电路非常简单 ,仅用三个 NMOS管 ;采用两个低功耗设计的电荷放大器做列读出电路 ,分别用于奇偶行的读出 ,不但可有效消除列线寄生电容的影响 ,而且列读出电路的功耗可降低 15 % ,因此 OESCA新结构特别适于要求低功耗设计的大规模、小像素阵列焦平面读出电路 .采用 OESCA结构和 1.2μm双硅双铝标准 CMOS工艺设计了一个 6 4× 6 4规模焦平面读出电路实验芯片 ,其像素尺寸为 5 0μm× 5 0μm ,读出电路的电荷处理能力达 10 .3     

红外焦平面阵列读出电路非均匀性研究

读出电路对红外焦平面阵列成像系统的非均匀性有重要影响,采用动态非线性系统函数的泰勒级数建立功能电路单元的通用非均匀性模型,按照模拟型读出电路的一般结构建立读出电路的非均匀性模型,利用高斯噪声和柏林噪声模拟读出电路参数的空间随机分布,采用三维噪声的空间分量量化评估非均匀性,采用等长的矩阵模型简化阵列信号串行读出的时空转换过程,分析了噪声模型、多通道缓冲和响应非线性的非均匀特性,并指导某320×256阵列读出电路进行了非均匀特性仿真和优化。该方法能够对读出电路的非均匀性进行系统级仿真评估,并为其工程优化提供指导。     

一种高灵敏度数字化TDI型红外焦平面读出电路

数字化红外焦平面探测技术作为第三代红外焦平面技术成为近年来被研究的热点。本文提出了一种将像素级数字化技术与TDI技术相结合的红外焦平面读出电路,使得电路实现大动态范围的同时满足低功耗设计。文中在0.18μmCMOS工艺模型下,对电路进行设计仿真,该读出电路电荷处理能力可达到5.04Ge-,动态范围最高达到101.5dB,在典型长波积分电流应用下电路功耗仅95.8mW。     

一种新型低功耗准动态移位寄存器的模拟

提出一种低功耗准动态移位寄存器电路 ,这种电路静态功耗几乎为 0 ,仅仅存在动态功耗 ;是一种无比电路 ,所有的开关和反相器晶体管按最小尺寸进行设计 ,电路简单 ,面积小 ;该种电路不存在电荷的再分配 ,漏电流损失的电荷可从电源补充。采用 1 .2μm的 CMOS工艺 ,用 PSPICE8.0对该电路进行仿真验证。这种低功耗准动态移位寄存器电路已成功用作 CMOS图像传感器的读出扫描电路。     

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.     

1 024×1 024 AlGaN紫外焦平面读出电路的超低功耗设计

提出了一种新型的超低功耗读出电路用于18 μm中心距1 024×1 024面阵规模的AlGaN紫外焦平面。为了实现低功耗设计紫外焦平面读出电路,采用了三种设计方法,包括:电容反馈跨阻放大器CTIA结构采用工作在亚阈值区的单端输入运算放大器,列像素源随缓冲器和电平移位电路共用同一个电流源负载以及列级缓冲器的分时尾电流源设计。由于像素单元内CTIA采用了单端输入运算放大器,在3.3 V供电电压下,每个像素单元最小工作电流仅8.5 nA。该读出电路设计了可调偏置电流电路使读出电路能得到更好的性能并基于SMIC 0.18 μm 1P6M混合信号工艺平台进行了设计制造。测试结果表明:由于采用了上述设计方法,整个芯片的功耗在2 MHz时钟8路输出模式下仅67.3 mW。     

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     

非均匀性校正的长波光导探测器读出电路设计

在航天遥感领域,波长在10m以上的长波探测器仍以HgCdTe光导型探测器为主,在红外探测成像方面发挥着重要作用。非均匀性是目前长波光导探测器突出的问题之一,设计了一种数模混合的非均匀性校正的长波光导探测器读出电路。该电路不仅可以有效地解决线列长波光导探测器电阻非均匀性问题,还可以增大ROIC输出信号的动态范围,几乎不增加读出电路功耗。经过仿真测试表明:非均匀性问题有了明显的改善,能够使其非均匀性降为0.5%以内,在常温和低温下都能正常工作。该校正电路不仅能解决当前工程中的关键问题,还对今后高性能大面阵长波光导探测器读出电路的设计具有重要的指导意义。     

卫星用高光谱红外焦平面读出电路设计

研制出一款高性能卫星用高光谱红外焦平面CMOS（complementary metal oxide semiconductor）读出电路ROIC（readout integrated circuit）芯片。读出电路设计包括任意行选择功能以及行增益单独调制功能,满足高光谱应用对读出电路提出的新要求。读出电路7档增益可选,适用于中波与短波碲镉汞HgCdTe（MCT）芯片;其他功能包括边积分边读出IWR（integration while reading）,抗晕,串口功能控制以及全芯片电注入测试功能。读出电路采用0.35 m曝光缝合工艺,电源电压5 V,测试结果表现出良好的性能:在77 K条件下,全帧频可达450 Hz,功耗可调且典型值为300 mW。本文介绍了在读出电路设计的基本架构,提出设计中遇到的问题以及相应的解决方法,在文末给出了电路的测试结果。     

小像元10μm中心距红外焦平面读出电路设计

研制出一款小像元10μm中心距红外焦平面探测器CMOS（complementary metal oxide semiconductor）读出电路ROIC（read out integrated circuit）。读出电路设计包括积分后读出（integration then reading,ITR）和积分同时读出（integration while reading,IWR）模式,ITR模式下有2档增益,电荷满阱容量分别为4.3 Me-和1.6 Me-,其他功能包括抗晕、串口功能控制以及全芯片电注入测试功能。读出电路采用0.18μm工艺,电源电压3.3 V,测试结果表现出良好的性能:在77 K条件下,全帧频100 Hz,读出电路噪声小于0.2 mV。本文介绍了该款读出电路设计的基本架构,分析了在小的积分电容下电路抗干扰能力的设计。在测试过程中,发现了盲元拖尾现象,分析了拖尾现象产生的原因,为解决拖尾现象设计了抗晕管栅压产生电路,最后给出了整个电路的测试结果。     

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.     

面向384×288面阵型红外读出电路的低功耗设计

介绍了一种面向384×288 CMOS面阵性红外读出电路的低功耗设计.针对探测器的特点(输出阻抗约100kΩ,积分电流约100nA),新提出并实现了一种四像素共用BDI的QSBDI(Quad-share BDI)像素结构.在QSBDI结构中,4个相邻的像素共用一个反馈放大器,从而实现了高注入效率、稳定的偏置、较好的FPN特性和低功耗.另外该384×288读出电路还支持积分然后读出、积分同时读出功能,还有两个可选择的增益以及4种窗口读出模式.128×128的测试读出电路已完成设计、加工和测试.电路使用CSMC0.5μm DPTM工艺流片,测试结果表明在每个子阵列输出的峰峰差异仅为10mV.在4MHz的工作频率下,像素级引入的功耗仅为1mW,芯片的整体功耗也只有37mW,实现了低功耗设计.     

微测辐射热计焦平面阵列CMOS读出技术研究

非致冷微测辐射热计探测器以其低价格，高可靠性和高性能能成为热像仪的首选。制作在硅衬底中的读出电路的设计直接影响到整个系统的性能。按读出方式来分，测辐射热计集成读出电路（ROIC）可分为顺序存取读出电路和随机存取读出电路，本文介绍了测辐射热计读出电路的设计原理。分别对两种读出方式作了分析，重点研究了顺序存取读出电路中的移位寄存器，提出了解决延迟的切实可行的方案。     

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。     

A snap-shot mode cryogenic readout circuit for QWIP IR FPAs

The design and measurement of a snap-shot mode cryogenic readout circuit (ROIC) for GaAs/AlGaAs QWIP FPAs was reported. CTIA input circuits with pixel level built-in electronic injection transistors were proposed to test the chip before assembly with a detector array. Design optimization techniques for cryogenic and low power are analyzed. An experimental ROIC chip of a 128 × 128 array was fabricated in 0.35μm CMOS technology. Measure-ments showed that the ROIC could operate at 77 K with low power dissipation of 35 mW. The chip has a pixel charge capacity of 2.57 × 10~6 electrons and transimpedance of 1.4 × 10~7 Ω. Measurements showed that the transimpedance non-uniformity was less than 5% with a 10 MHz readout speed and a 3.3 V supply voltage.