具有TDMI功能的640×512双色碲镉汞焦平面读出电路

研制出一种应用于单铟柱结构的长/中波双色叠层碲镉汞640×512焦平面CMOS读出电路(ROIC)。根据单铟柱结构的双色叠层碲镉汞探测器实际应用需求,读出电路设计了单色长波积分/读出、单色中波积分/读出、长/中波双色信号顺序积分/读出、长/中波双色信号分时多路积分(TDMI)/读出等四种工作模式可选功能。输入级单元电路分别采用长/中波信号注入管、复位管、积分电容及累积电容,并分别采用读出开关缓冲输出。为提高读出电路的适应性,各色信号通路分别设计了抗晕管以提高探测器的抗晕能力;读出电路采用快照(Snapshot)积分模式,单色积分时具有先积分后读出(ITR)/边积分边读出(IWR)可选功能;当读出电路工作在单色或双色信号顺序模式时,各色积分时间可调;此外读出电路具有多种规格及任意开窗模式。该读出电路采用0.35?m 2P4M标准CMOS工艺,工作电压3.3 V。读出电路具有全芯片电注入测试功能,测试结果表明,在77 K条件下,读出电路的四种积分/读出模式工作正常,单色信号输出摆幅达2.3 V,功耗典型值为65 m W。     

CCD视频信号的预处理电路设计与仿真

分析了CCD图像传感器件视频信号的读出过程和信号特点,针对信号特点,设计了CCD视频信号直流分量的去除、低通滤波放大及复位噪声消除等预处理电路,实现了CCD输出信号由混有噪声的微弱光感生电压向标准信号电压的转换,利用EDA软件prote199se进行仿真测试,获得了满意的结果．     

基于电流镜的同步积分模式双色读出结构设计

文章对N PPN结构的MW/LW双色红外焦平面信号电流同步积分的工作模式,提出了一种双色读出电路输入级的新结构,即在栅调制注入输入级的基础上加以设计改进,采用电流镜对一个独立波段(LW)的信号电流进行两路精确复制,分别用于此波段的信号电流积分、与混合波段信号电流的相减,解决了探测器输出端混合波段信号电流的分离问题,达到了两个波段信号电流同步独立积分的目的.本文就双色电路的输入级结构和工作原理进行了详细的阐述,电路模拟验证的结果表明该电路适用于信号电流大于10nA的双色器件(MW/LW,MW1/MW2,LW1/LW2双色器件),有较高的精确度(误差＜2%)和良好的性能.     

一种红外焦平面的数字化输出设计方案

为了实现红外焦平面数字化输出,设计了一种带片上模数转换的焦平面读出电路,包括一个8×1的读出电路单元阵列和一个基于逐次逼近算法的10位模数转换器.单元读出电路采用了电容反馈负阻抗放大器结构作为输入级,输出的信号经采样保持后通过多路传输送到模数转换器.设计的逐次逼近型的模数转换器中的比较器采用的是两级开环结构,数模转换器采用的是高位电荷缩放低位电压缩放型的结构.在Cadence全定制设计平台下,采用0.6μm双多晶硅、双金属层的CMOS工艺模型对电路进行了仿真和版图设计.整个读出电路采用5V电压供电,20kHz的采样输出时仿真平均功耗约为5mW.     

红外焦平面读出电路技术及发展趋势

从红外焦平面技术的发展背景出发,论述了读出电路在红外焦平面信号传输中的作用并介绍其基本框图,讨论了CCD读出电路和CMOS读出电路各自的特点,并分析了国内外红外焦平面读出电路的现状,最后提出了红外焦平面阵列读出电路今后的研究方向.     

4×288 TDI CCD信号读出电路

采用硅工艺设计、制作了4×288 TDI CCD红外焦平面HgCdTe阵列专用信号读出电路。文章详细介绍了4×288 TDI CCD信号读出电路的设计及制作,并给出了测试结果。     

GZ2141Z型512位单相高速CCD延迟线

1 工作原理该单相高速 CCD 延迟线的输入电路由输入二极管(ID)、双输入栅(IG_1,IG_2)构成,移位寄存器为准一相两层多晶硅交迭栅埋沟CCD,输出部分为浮置扩散源跟随放大器。采用双栅电势平衡方式输入的信号电荷,在频率为 f_c 的时钟脉冲驱动下,定向地沿 CCD     

电子倍增CCD驱动电路设计

提供了一种针对电子倍增CCD(EMCCD)驱动电路的设计方案。通过FPGA编程产生符合EMCCD时序要求的信号波形,采用EL7457高速MOSFET驱动芯片对FPGA输出信号进行电平转换以满足EMCCD驱动电压要求,并由分立的推挽放大电路驱动高电压信号,输出电压20~50 V可调,像素读出频率达5 MHz。实验结果表明,该驱动电路能够使EMCCD正常工作输出有效信号。     

一种新型红外焦平面片上模数转换电路

基于串行单斜率积分的原理,提出了一种新型的像素级红外焦平面片上8位模数转换电路.设计了一个8×8像素阵列组成的完整读出电路芯片,并进行了版图设计和电路仿真.每个单元像素电路采用直接注入方式输入,输出与输入电流成正比的数字脉冲信号,经每列单元共享的计数器计数输出.采用独特的数字电路列共享结构,电荷注入补偿等技术,具有结构简单、面积小等特点.仿真及测试结果表明,该芯片能较好地完成红外焦平面信号读出及模数转换功能,单元面积80 μm×80 μm,单元功耗50 μW,量化等级达到8位,芯片实测量化误差小于4 LSB,帧速可达460 f/s.     

CCD区域倍频读出及其对成像的影响

在某空间项目中,需要使用一款指定的CCD传感器研制一套用于空间成像的CCD摄像机系统,并且要求图像的帧频高于CCD传感器的标准帧频。简单的超频读出CCD会使摄像机的信噪比下降。文中首先分析了CCD摄像机在空间条件下影响成像信噪比的多种原因,发现读出噪声对输出图像的信噪比影响是最大的。使用区域倍频读出方法来提高CCD摄像机的输出帧频,即在图像的水平和垂直方向都使用4倍的时钟读出部分像元。最后把区域倍频读出CCD的图像信号和整体超频读出CCD的图像信号进行了信噪比对比检测,测试结果表明区域倍频读出的CCD图像质量较好。     

KAI-02150的CCD模拟前端采集电路设计

针对Kodak公司生产的CCD图像传感器KAI-02150,设计了双通道模拟前端采集电路。给出了电路的结构组成,根据KAI-02150的驱动和输出参数要求设计了各个模块的具体电路。通过SPI接口对AD9920A的寄存器进行配置,可以满足多种工作模式切换的需要。与传统的CCD模拟前端采集方案相比,文中的设计更加灵活简单、稳定可靠。测试表明,设计的输出驱动时钟满足KAI-02150的输入要求,可以驱动CCD输出模拟信号,并完成相关双采样和A/D转换得到数字视频信号。     

基于CDS技术的CCD噪声信号处理

在CCD信号采集系统中,当CCD像元读出频率较高时,其复位噪声已成为CCD噪声源中不可忽视的重要部分.针对CCD输出噪声特点,建立噪声传输函数及其分析模型,利用相关双采样(CDS)技术对CCD输出信号中的复位噪声进行了理论分析和相关测试.结果表明,只要选择合适的采样时间,可以最大限度地抑制复位噪声.     

多通道扫描CCD相机的低噪声设计

根据CCD戍像电路的特点并结合高速电路信号完整性(SI)和电源完整性(PI)的分析方法,基于16×8线阵CCD器件,设计出具有低噪声、高动态范围的多通道扫描CCD相机.经实际测试,CCD输出信号的均方根噪声降到了0.25mV以下,在饱和信号幅度80%的条件下,信噪比达到了1000:1.

Abstract：

According to the characteristics of CCD imaging circuit and the analysis of Signal Integrality (SI) and Power integrality (PI) in high-speed circuit,based on 16×8 linear scanning CCD sensors,designed is a multi-channel scanning CCD camera with low noise and high dynamic range.Test results show that the RMS noise of CCD output signal decreases to 0.25 mV.And the signal-noise ratio (SNR) reaches 1 000 ： 1 when the amplitude of saturation signal is 80%.     

掌形仪数据采集系统的设计

人体掌形识别对掌形数据的准确性要求很高,这对数据采集电路的低噪声和准确性提出了更高要求.根据CCD图像传感器需复杂驱动时序和空间采样离散模拟信号输出的特点,采用FPGA做CCD时序驱动电路、用前置电路对CCD输出信号做后级处理.由DSP对CCD数据进行A/D采集后存储到外扩大容量SDRAM存储器中.由实际硬件电路测出的实验结果表明,系统的可靠性、稳定性很好.为掌形识别系统提供了准确的数据保证.     

256×256焦平面阵列读出电路数字控制研究

随着探测器阵列规模的快速发展,探测器阵列信号的整帧读出时间加长,在实时成像和光谱测试等方面遇到一些问题.文章主要针对256×256红外焦平面阵列进行数字控制研究,并着重对读出电路多通道输出控制方式进行讨论.该控制模式成功应用在256×256焦平面阵列读出电路中,在同样的主钟控制下,使帧读出时间缩短为原来的2/3(双通道输出)和2/5(四通道输出),在实际测试和检验中得到很好的效果.     

高分辨率大面阵CCD相机的高帧频设计

目前采用高分辨率全帧CCD FTF4052作图像传感器的航拍相机帧频一般不超过1 f/s,不能满足高帧频应用.文章对FTF4052基本驱动电路进行了改进,利用CCD四个输出放大器进行同时输出,使最高帧频达到了3.4 f/s.介绍了四路输出时CCD驱动时序、前端处理电路、直流偏置电路、接口电路等的设计.改进后的驱动电路能满足多种航拍相机的应用要求.     

行间转移型面阵CCD成像系统设计

采用行间转移型面阵CCD KAI-1020作为图像传感器,以现场可编程门阵列（FPGA）为核心控制器,设计并实现了一个完整的成像系统。FPGA产生驱动时序、控制CCD上电顺序、调节曝光时间,并实现数据缓存。CCD模拟视频信号经过预处理,通过同轴电缆传输到CCD专用视频处理器进行相关双采样和模数转换,以10位像素深度输出到FPGA,数字视频信号经过差分芯片驱动以低压差分信号（LVDS）格式输出到数据采集卡。集成化视频处理电路提高了系统的信噪比,改善了成像质量。实验表明,CCD成像系统工作稳定可靠,像素读出时钟为10 MHz时,帧频为10帧/s。设计的CCD成像系统性能好、可靠性高、实现周期短,具有很强的可扩展性。     

背景暗电流抑制的红外探测器读出电路输入级设计

主要研究红外探测器读出电路的输入级设计,针对短波红外信号,电容反馈互导放大器型(CTIA)读出电路具有高注入效率的特点.本文设计了一种带有背景暗电流抑制的CTIA型读出电路输入级结构,该结构在77 K低温环境,大于300μs的长积分时间工作.探测器接收短波小信号,注入电流0～800 pA,与传统的CTIA型读出电路输入...     

一种红外焦平面的数字化输出设计方案

为了实现红外焦平面数字化输出，设计了一种带片上模数转换的焦平面读出电路，包括一个8×1的读出电路单元阵列和一个基于逐次逼近算法的10位模数转换器。单元读出电路采用了电容反馈负阻抗放大器结构作为输入级，输出的信号经采样保持后通过多路传输送到模数转换器。设计的逐次逼近型的模数转换器中的比较器采用的是两级开环结构，数模转换器采用的是高位电荷缩放低位电压缩放型的结构。在Cadence全定制设计平台下，采用0．6μm双多晶硅、双金属层的CMOS工艺模型对电路进行了仿真和版图设计。整个读出电路采用5V电压供电，20kHz的采样输出时仿真平均功耗约为5mW。     

二极管非制冷红外探测器及其读出电路设计

针对非制冷红外技术的低成本高性能应用,提出了基于SOI的二极管红外探测器及其读出电路的集成设计方案。阐述了二极管非制冷红外探测器的基本原理和工艺实现。对探测器的电学特性进行理论推导,得出读出电路的设计指标。采用连续时间自稳零电路结构实现探测器输出信号的低噪声低失调放大,采用级联滤波器以减弱开关非理想因素的影响,并采用片内电容采样保持,使得I/O引脚数较少,从而减小版图面积。采用spectre工具进行仿真,在CSMC 0.5 m 2P3M CMOS工艺下实现。结果表明:读出电路性能良好,闭环增益为65.8 dB,等效输入噪声谱密度为450 nV/Hz,等效输入失调电压100 V以内,功耗为5 mW,能实现探测器信号的准确读出。