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     

一个128×128CMOS快照模式焦平面读出电路设计

本文介绍了一个工作于快照模式的CMOS焦平面读出电路新结构——DCA(Direct-injection Charge Amplifier)结构.该结构像素电路仅用4个MOS管,采用特殊的版图设计并用PMOS管做复位管,既可保证像素内存储电容足够大,又可避免复位电压的阈值损失,从而提高了读出电路的电荷处理能力.由于像素电路非常简单,且该结构能有效消除列线寄生电容C_bus的影响,因此该结构非常适用于小像素、大规模的焦平面读出电路.采用DCA结构和1.2μm双硅双铝(DPDM-Double-Poly Double-Metal)标准CMOS工艺设计了一个128×128规模焦平面读出电路试验芯片,其像素尺寸为50×50μm²,电荷处理能力达11.2pC.本文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HSPICE仿真结果和试验芯片测试结果.     

大面阵CMOS快照模式焦平面读出电路设计分析

针对一款大面阵(640×512元)快照模式制冷型红外焦平面用的读出电路进行了初步分析验证.该读出电路采用改进DI结构,先积分后读出的积分控制模式,像素尺寸为25μm×25μm,芯片已在0.5μm双硅双铝(DPDM)标准CMOS工艺下试制.首先对该电路结构及工作原理进行分析,并对输入级等电路的传输特性进行仿真验证,最后给出探测器阵列与读出电路芯片互连后的测试结果.结果表明该读出电路适用于小像素、大规模的红外焦平面阵列.     

快照模式紫外焦平面读出电路电容优化设计

快照模式焦平面读出电路的单元电路一般包括前置放大器、采样保持电路、多路开关传输器和缓冲跟随器.在有限的单元面积内完成较高性能的单元电路设计是快照模式焦平面读出电路的难点.考虑到积分电容、采样保持电容、运放补偿电容占据了CMOS电路版图中较多的面积,通过分析计算读出电路各级噪声以及电路总的输出噪声,探讨了上述各种电容对于电路噪声的影响.考虑到紫外探测器的特点,同时在固定其他设计参数的基础上,通过调整电容面积的分配比例,计算了电路可以得到最佳噪声水平的电容大小.结果表明,在目前的工艺和版图限制等条件下,在上述三种电容分别取1.1、0.4、1.2pF时,输出端噪声电压为最小,达172μV.     

格雷码在焦平面CMOS读出电路中的应用

介绍了一种利用格雷码在焦平面CMOS读出电路中实现灵活读出方式,并且改善芯片整体性能的设计思想,采用的仿真设计工具是Cadence IC 5.0.在分析格雷码特征的基础上,利用格雷码的反射性和单步循环特性设计了一种不同于传统结构的新型读出电路,并给出了相应的仿真波形.该读出电路以较简单的结构实现了四种顺序的读出方式,同时降低了芯片功耗并提高了稳定性.     

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%。     

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     

逐行复位快闪式CMOS焦平面读出电路的测试方法

介绍了一种逐行复位快闪CMOS 焦平面读出电路的测试方法及测试结果。该电路基于电荷转移原理,采用逐行复位方式。基于测试考虑,设计了模拟光电流的测试管,和可调节的工作时序。设计了一种新的测试方法测量出了内部寄生参量。除此以外对电路的其他重要参数进行了详细测量。     

线列TDI型红外焦平面读出电路低功耗设计

摘要：基于对具有TDI功能的红外线列读出电路工作原理的分析,通过改变电路的工作电流及工作时间进行低功耗设计,最后分别对优化前后的读出电路进行直流仿真,仿真结果显示优化后读出电路功耗较原始电路降低了49.5%,验证了低功耗设计方案的可行性。     

天文应用红外焦平面读出电路研究

成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提下尽可能地降低电路功耗以减小电路辉光对器件暗电流的影响。同时,研究非破坏性读出的数字功能,实现了超长的积分时间和信号的多帧累积,并作为一种斜坡采样的策略有效地降低读出噪声。短波HgCdTe焦平面的测试结果符合理论设计预期,开启电路非破坏性读出功能,设置6 000 s的积分时间,当电路功耗调低至14.04 mW时暗电流为0.9 e-·pixel^-1·s^-1。读出噪声在两档增益下分别为50 e-(10 fF)和27 e-(5 fF),非线性度低于0.1%。     

64×64元InSb红外焦平面读出电路研制进展

研制了用于 6 4× 6 4元InSb红外焦平面的几种读出电路。ISM 6 4× 6 4- 2型电路是采用直接注入模式 ,行积分工作的读出电路。ISM 6 4× 6 4- 3型电路仍然采用直接注入读出模式 ,行积分工作 ,但是增加了一级采样保持电路。ISM 6 4× 6 4- 4型电路采用直接注入模式 ,帧积分工作 ,因而可大大提高信噪比。描述了 2、3和 4型电路的结构 ,工作原理及版图设计特点 ,电路的制造工艺、测试方法及其主要性能。     

CMOS 64×64焦平面高帧频摄像机的研制

给出了CMOS 64×64焦平面高帧频摄像机的电路框图,叙述了摄像机的工作原理.详细地叙述了焦平面、探测器响应度、信号读出电路的设计以及摄像机的可靠性设计,并给出了焦平面的工作时序图.     

64×64元InSb阵列CMOS读出电路

根据64×64元InSb红外探测器对读出电路的要求,运用电路模拟和CAD技术,设计并研制了以X-Y寻址方式的64×64元InSb红外探测器用信号读出电路。文章重点介绍了64×64元InSb阵列CMOS读出电路的工作原理和设计考虑。     

红外焦平面CMOS读出电路TDI功能的测试方法研究

给出了一种新颖的红外焦平面CMOS读出电路TDI功能的测试方法.该方法通过在电测试MOS场效应晶体管栅极施加不同波形的方波激励信号,观察输出电压波形的对应变化,验证TDI功能的信号延迟和累加操作是否正确.应用该方法实际测试了一款TDI型红外焦平面CMOS读出电路,各种激励模式下测试得到的输出波形均与预计的理想输出波形吻合,证明该测试方法可行,且简单、直观、有普适性.     

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。     

具有像素累积功能的384×288焦平面读出电路

研制出一种长波凝视型384×288焦平面CMOS读出电路(ROIC).读出电路输入级单元电路采用像素累积(PA)功能以提高信噪比(SNR),并具有抗晕功能以提高探测器的适应性;读出电路采用快照(Snapshot)积分模式,具有积分后读出(ITR)和积分同时读出(IWR)两种模式可选功能;其他特征包括积分时间可调、多级增...     

128×128 IRFPA CMOS读出电路

研制出一种直接注入(Direct Injection)方式的128×128元红外焦平面CMOS读出电路.其中,采用了相关双采样电路,使信噪比明显提高.对电路方案进行了计算机仿真.实验结果表明,读出电路的动态范围≥74 dB,功耗≤5 mW.     

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.