一种用于电容型体硅微陀螺的低噪声读出电路芯片

读出电路位于微传感器系统信号通路的最前端,是决定系统性能的关键因素。本文针对音叉式体硅微陀螺的具体应用,提出了一种低噪声电容读出电路,芯片采用斩波技术降低了电路的低频1/f噪声、失调电压以及参考电压失配的影响,提高了读出电路的分辨率和动态范围;提出一种噪声电荷转移的分析方法,用于分析和预测读出电路的噪声性能;建立一种简化的微陀螺传感器仿真模型,用于模拟读出电路对微传感器的响应。读出电路在0.35 m 2P4 M 标准CMOS工艺下设计流片,并与微传感器进行了联合应用,芯片面积为22.5 mm2,在5 V电源电压,100 kHz的时钟频率下,实现了4 aF的电容分辨率和94 dB的动态范围。     

用于CdZnTe探测器的低噪声前端读出电路

设计并实现了一种应用于多通道CdZnTe探测器的低噪声前端读出专用电路,并对其性能进行了测试与评估。每个读出通道由电荷灵敏放大器、漏电流补偿电路、零极相消电路、CR-(RC)⁴整形器、输出缓冲器以及反相放大器组成。芯片采用TSMC 0.35 μm CMOS工艺实现,尺寸为2.6 mm×2.2 mm。测试结果表明,读出通道的能量分辨范围为5~375 keV,每通道功耗小于3.5 mW,最小等效噪声电荷仅为49.6e－。将EV公司的CdZnTe探测器与该前端读出电路芯片相连,组成辐射检测系统,并使用²⁴¹Am源进行能谱分析,所得能谱主峰的能量分辨率仅为5.2%。     

CCD低噪声读出电路设计

以红外增强型图像传感器TH7888A所得的微弱电压信号为输入,对图像传感器的模拟前端处理电路进行设计。采用巴特沃斯低通滤波器和全差分双相关采样的方法,提高整体电路的信噪比为67 dB,从而减少了后续电路的输入噪声。使用Proteus对所设计的低噪声、高增益放大电路的功能和噪声分析等特性进行全面的实验。实验结果表明,该设计能有效放大微弱电压信号,并可以对放大的电压信号进行准确的相关双采样去除KTC噪声、复位噪声。最后,在实际应用中,使用FPGA为硬件设计载体,以vivado作为软件开发环境,使用Verilog语言对时序发生器进行了硬件描述。FPGA生成的模拟信号分别作为读出电路的输入和采样的触发信号,并验证了其正确性和可行性。     

高性能低噪声数字读出电路

红外焦平面的数字读出是信息化发展的必然方向,其关键技术是数字读出电路。介绍了数字读出电路的发展现状和主要架构,重点分析了时间噪声和空间噪声的来源和影响,并给出低噪声设计指导。同时对线性度、动态范围和帧频等主要性能进行了讨论,设计了两款数字读出电路。采用列级ADC数字读出架构设计了640×512数字焦平面探测器读出电路,读出噪声测试结果为150 μV,互连中波探测器测试NETD为13 mK。基于数字像元读出架构设计了384×288数字焦平面探测器读出电路,互连长波探测器测试NETD小于4 mK,动态范围超过90 dB,帧频达到1 000 Hz。所设计的两款读出电路有效提升了红外焦平面的灵敏度、动态范围和帧频等性能,表明数字读出电路技术对红外探测器性能的提升具有重要作用。     

边积分边读出低噪声红外焦平面读出电路研究

设计了一款低噪声InGaAs焦平面读出电路.提出一种新型相关双采样电路结构,可在边积分边读出模式下有效抑制积分电容(0.15 pF)的KTC噪声.电路经0.5 μn5 V Nwell CMOS工艺流片,测试结果符合设计目标,在高帧频边积分边读出模式下工作状态良好,电路噪声约1.7×10-4V,动态范围大于80 dB.     

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.     

一种新型低噪声高均匀性红外焦平面读出电路

针对非制冷微测辐射热计焦平面阵列,设计了一种低噪声、高均匀性的读出电路。该读出电路结合相关双采样技术和自归零技术,对固定图像噪声以及l/f噪声都能起到很好的抑制作用。目前,该电路已应用到160×120阵列的非制冷微测辐射热计焦平面上,并在0.5μm CMOS工艺下成功流片。测试结果表明,固定图像噪声仅为0.087 V,均方根噪声为256μV。     

超高增益低噪声红外焦平面读出电路研究

高增益探测对InGaAs焦平面探测器在微光夜视条件下成像有重要意义.设计了一款InGaAs焦平面用的高增益低噪声64×64元读出电路.读出电路输入级采用CTIA模式(电容负反馈放大),通过计算发现输入级运算放大器热噪声是主要噪声源,采用单端替代差分运放将输入级噪声降低26％.同时,研究积分电容和增益、满阱容量、噪声的关系,将积分电容降低到1 fF,实现了超高增益和低噪声探测.读出电路采用0.18?m工艺设计,像元中心距为30?m.经过PEX(寄生参数提取)参数提取,实际积分电容为0.94 fF,经过测试芯片整体功耗低至24.1 mW,电路噪声电子数为4.37e.     

基于成像系统应用的低噪声Si-CMOS读出电路设计

本文分析了读出电路的工作原理,基于相关双采样(CDS)技术,提出了一种改进的电容跨导放大器(CTIA)结构的Si-CMOS读出电路,并详细介绍了电路结构及工作过程.     

一种差分输入HgCdTe红外探测器专用电流读出电路的研制

利用差分输入的折叠共源共栅结构实现了一种在77 K工作的高性能低噪声HgCdTe红外探测器专用的电流读出电路.文中分析了它的噪声特性,并提出了减少噪声的措施.此电路用1.2 μm的标准CMOS工艺制造完成.经过测试,这种电流读出电路在低温77 K下能正常工作,反馈电阻大小为41 MΩ,等效输入噪声电流仅0.03 pA/Hz1/2,连接HgCdTe红外探测器后能正常工作.     

一种用于红外焦平面读出电路的输出缓冲器

设计了一种应用于红外焦平面读出电路的输出缓冲器,其建立时间短、静态功耗低、线性度高,在77 K和300 K温度下均能正常工作.该输出缓冲器采用0.5 μm CMOS工艺,5.5 V单电源供电,负载为一个25 pF电容并联一个500 kΩ电阻.模拟结果表明,该输出缓冲器在室温(300 K)时,开环增益为54.2 dB,单位增益带宽20 MHz,建立精度为0.1%时,建立时间为45 ns,静态功耗仅为3.3 mW;77 K时,开环增益为63 dB,单位增益带宽123 MHz,建立精度为0.1%时,建立时间为20 ns,静态功耗仅为3.72 mW.     

一种用于电容式MEMS麦克风的读出电路

在分析电容式MEMS麦克风工作原理的基础上,提出了一种用于电容式MEMS麦克风的读出电路.该读出电路包括低极点频率的高通滤波器和低噪声单位增益缓冲器,高通滤波器用来读出MEMS麦克风在声压作用下产生的小信号,单位增益缓冲器用来隔离高通滤波器和后续信号处理电路,并提供较大的驱动能力.仿真结果表明,当电源电压在1.2～3.6V之间时,读出电路都可以正常工作,且静态电流小于60 μA,等效输入噪声为5.2 μV,电压增益大于-1.56 dB(83.6％).由于消除了失调电压的影响,电路可以处理幅度范围为50 μV～200 mV的小信号(参考X-FAB 0.35 μm CMOS工艺).     

一种改进型天文应用低噪声红外探测器读出电路结构设计

在短波红外天文探测应用中,背景辐射极低、信号电流极小,每秒仅产生几个光电子,为了实现较高的信噪比,探测器应具有极低的噪声。在目前国际主流天文应用红外读出电路源随器(SFD)结构的基础上,提出了一种改进型读出电路输入级结构设计,即行共用模块的单位增益缓冲器(UB)结构,在电路仿真中,实现了输入级等效输入噪声小于1e-,线性度为0.994。     

一种用于红外读出电路的低温SAR ADC

本文提出了一种用于低温红外读出系统的连续逼近模数转换器（SAR ADC）电路。为了在很宽的温度范围内保证电路的性能,ADC中采用了一种温度补偿时域比较器结构。该比较器可在从室温到77K的极端工作温度条件下,实现稳定的性能和极低的功耗。该转换器采用标准的 0.35 μm CMOS 工艺制造,在77K的温度下,其最大微分非线性（DNL）和积分非线性（INL）分别为0.64LSB和0.59LSB。在采样率为200kS/s时可实现9.3bit的有效位数。在3.3V的电源电压下其功耗为0.23mW,占用的芯片面积为0.8*0.3 mm2。     

一种相变存储器读出电路及其快速读出方法

针对大规模相变存储器所具有的寄生电容大、可能出现读破坏现象等特性,提出了一种读电压模式的相变存储器读出电路及其快速读出方法。基于SMIC 40nm CMOS工艺的仿真结果表明,在2.5V电源电压下,该方法可以在90ns的读出周期内正确读出位线寄生电容为30pF的存储单元数据,同时,该读出周期随位线寄生电容的减小而减小。另外,该方法可以和传统的Burst等快速读出方式并存,非常适用于带数据预读机制的高端存储器技术。     

用于热电集成红外传感器的低噪声多速率开关电容器读出电路

本文介绍一种用于集成热电红外传感器的低噪声多速率开关电容器读出电路,其应用对对象是一种被支轼入侵探测器,在这种特殊的情况下,由传感器产生的信号非常小（数十微伏）其带宽也很窄（０．１－１０Ｈｚ）必须对这种信号进行放大（保持尽可能低的噪声电平）和滤波,所推荐的方法是一个自动调零的低噪声跨导极,其后面是一个多速率开关电容器的积分器,跨导体把传感器的输出电压转换成电流,然后由积分器对电流进行处理,所推荐的     

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。     

一种CCD静电保护电路的设计

介绍了一种适用于电荷耦合器件(CCD)的静电保护电路.在对该静电保护电路工作原理分析的基础上,通过电路仿真确定了静电保护电路中MOS管的电学参数,再由半导体器件仿真确定了其工艺条件,并按此条件制作了静电保护电路.通过人体模型静电放电试验对该静电保护电路进行测试,结果表明CCD的抗静电能力由原来的不足100 V提高到450 V.     

高光谱应用的带可调复位时间CDS的低噪声红外焦平面读出电路

低辐射量的高光谱应用对红外焦平面读出电路（ROIC）提出了低噪声的设计要求。相关双采样（CDS）是常用的减少噪声的结构。本文通过调节钳位和采样保持之间的时间间隔来改进CDS,可灵活消除低频噪声。采用180 nm CMOS工艺设计和制造了640×512规模、15 μm 像元中心距的读出电路。输入级集成了低噪声CTIA与本文提出的可调复位时间CDS（AICDS）,所设计的时序产生器使CDS复位时间可以延长0~270个时钟周期。通过延长复位时间减少这个时间间隔,噪声电子数可以由39 e^-减少到18.3 e^-。SPECTRE仿真结果和实验测试结果证实了提出的AICDS结构可以提升高光谱应用读出电路的噪声性能,因此可以广泛应用。     

一种高性能红外焦平面阵列读出电路

提出了一种快闪式红外焦平面阵列读出电路。采用改进的直接注入型单元电路,积分电容大小可选,能适应大范围的光背景条件,并且增加了图像变换(倒置/反转)功能。一款128×128阵列的读出电路已经基于标准0.5μmCMOS工艺实现,整体芯片的面积为8.0mm×8.5mm。实测结果表明,此读出电路具有良好的光电转换能力,同时具有功耗低、输出摆幅大、动态范围大等优点。