读出电路开窗技术研究

读出电路开窗是红外焦平面和图像传感器读出电路中，用于提高图像帧频降低带宽的重要技术。该技术通过减小读出阵列的窗口尺寸，降低电路读出的数据量，从而提高帧频。介绍了两类主要的开窗模式:异步读出模式和同步读出模式。针对异步读出模式扩展性差、存在竞争冒险的问题，以及同步读出模式占用像元面积和窗口切换速度慢的问题，基于同步读出提出了一种行列控制字架构，并设计了一种用于该架构的可重复单元电路，提高了对不同面阵规格的扩展性。完成了所提出的开窗电路设计和版图设计，并对该电路进行了仿真验证。对比其他方案，文中设计实现了任意位置、最小1×1尺寸的开窗，同时解决了占用像元面积和竞争冒险问题，并提高了窗口切换速度。     

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.     

短波320×256抗辐射加固读出电路设计

设计了一款采用CMOS工艺的短波320×256抗辐射加固读出电路,分析了CMOS工艺抗辐射的特点,重点介绍了模拟通路、偏压产生电路和数字电路的加固设计方法,采用了双环保护结构、对NMOS管使用环形栅和冗余设计等措施。该设计电路经过流片,测试结果表明该抗辐射加固设计方法有效可行。     

1×128热释电IRFPA CMOS读出电路的研究

热释电红外焦平面阵列是非致冷红外焦平面阵列的主要发展方向之一,其读出电路是关键部件,属数模混合集成电路。分析了热释电读出电路的特点,设计原则,并给出了一种读出电路设计方案以及仿真和实验结果。     

电流模技术在CMOS读出电路中的应用

给出了一种1×128热释电红外焦平面阵列CMOS读出电路的设计方案和焦平面的仿真及实验结果.并提出一种读出电路新方案.在此方案中,用电流模模拟信号处理技术由硬件实现片内CMOS电压差分器的功能,以提高系统的信噪比和响应速度.     

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.     

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。     

Kink效应对低温CMOS读出电路的影响

在深低温下（T〈50K），CMOS器件会出现Kink效应，即Ⅰ-Ⅴ特性曲线会发生扭曲。当漏源电压较大时（Vds〉4V），漏电流突然加大，电流曲线偏离正常的平方关系。本文通过实验表明，Kink效应对CMOS读出电路中的一些电路结构产生较严重的影响，Kink效应会导致源跟随器输出产生严重的非线性；对于共源放大器和两级运放，Kink效应会使其增益产生非线性。最后，针对影响低温读出电路性能的Kink效应进行分析和研究，提出在低温CMOS读出集成电路设计中如何解决这些问题的方案。     

微光CMOS图像传感器读出电路研究

高性能的信号读出电路是微光CMOS图像传感器的重要组成部分,如何降低读出电路噪声,提高读出电路输出信号的信噪比成为读出电路设计的重点。本文设计了一种高增益低噪声的电容反馈跨阻放大器CTIA（Capacitive Trans impedanceAmplifier）与相关双采样电路CDS （Correlated Double Sampling）相结合的微光探测器读出电路。在CTIA电路中,采用T网络电容实现fF级的积分电容,并通过增益开关控制,来达到对微弱光信号的高增益低噪声读出。采用CSMC公司的0.5μm标准CMOS工艺库对电路进行流片,测试结果表明：在光电流信号为20~300 pA范围内,积分时间为20μs,该电路功能良好,信噪比（SNR）达到10,能应用于微光CMOS图像传感器。     

碲镉汞焦平面器件CMOS读出电路的发展

通过对近年来的部分文献资料进行归纳分析,介绍了碲镉汞焦平面器件CMOS读出电路(ROIC)的发展动态.讨论了读出电路的有关概念.列出了部分前放电路的单元结构,并分析了它们的工作特点.介绍了积分时间、积分电容以及多路传输等因素对读出电路设计的影响.     

Kink效应对低温CMOS读出电路的影响

在深低温下(T<50K)，CMOS器件会出现Kink效应，即I-V特性曲线会发生扭曲。当漏源电压较大时(Vds＞4V)，漏电流突然加大，电流曲线偏离正常的平方关系。本文通过实验表明，Kink效应对CMOS读出电路中的一些电路结构产生较严重的影响，Kink效应会导致源跟随器输出产生严重的非线性；对于共源放大器和两级运放，Kink效应会使其增益产生非线性。最后，针对影响低温读出电路性能的Kink效应进行分析和研究，提出在低温CMOS读出集成电路设计中如何解决这些问题的方案。     

640×512焦平面读出电路设计

介绍了640×512电容反馈跨阻放大器(CTIA)型焦平面读出电路的设计,包含模拟电路与数字模块设计。分析了CTIA采样单元的设计,折中优化了采样单元的面积、噪声、增益等因素,同时优化了采样单元控制电路,最大限度地提高了对采样单元阵列的驱动能力;数字控制部分着重分析了对行选、列选、翻转读出、随机开窗、隔行扫描、多路选择输出等功能的实现方式。设计基于0.5μm DPTM工艺进行仿真验证,采样单元面积为25μm×25μm,工作频率为5MHz,芯片面积为18.1mm×17.4mm,输出摆幅大于2.5V,动态范围大于70dB。     

基于可编程开窗IP核的低功耗读出电路研究EI北大核心CSCD

红外焦平面探测器正朝着更大规模、高帧频、高集成度的方向发展。在高速目标跟踪探测、感兴趣区域成像等应用场景,需要解决高速读出时面临的功耗较高的难点。文中提出了一种数字IC的可编程开窗IP核设计,并通过采用列级分时选通技术,实现对640×512读出电路列模块的超低功耗优化。像素单元电路包含CTIA输入级、双采样保持结构和跟随输出,折衷优化了面积、噪声和增益等因素。相较于传统用门级电路定制设计实现的开窗方式,可编程开窗数字IP核对于不同面阵规格具有良好的可扩展性,并且可以借助后端软件综合优化版图布局,从而缩短设计周期。实际研制中采用0.18μm标准CMOS工艺完成了中心距15μm的640×512读出电路设计及流片验证,并与640×512元短波红外InGaAs探测器芯片进行了耦合测试,结果表明分时选通技术有效降低了列级电路功耗,电路读出总功耗小于80 mW,列级功耗仅为15 mW,读出速率达到15 MHz,可编程开窗IP核功能正常,可以实现指定区域的开窗功能。     

CMOS读出电路中的噪声及抑制

CMOS读出电路中的噪声严重地制约了读出电路的动态范围,进而影响到焦平面阵列甚至成像系统的性能.文章对读出电路中KTC噪声、1/f噪声以及固定图形噪声的成因及抑制技术进行了分析和讨论,并给出了仿真结果.     

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.     

320×256大电荷容量的长波红外读出电路结构设计

长波红外探测器存在暗电流大、背景高的特点,需要设计大电荷容量的读出电路。采用分时共享积分电容的电路结构,在面阵焦平面的有限单元面积中设计了一种高读出效率、大电荷容量的320256长波红外焦平面读出电路。电路输入级采用电容反馈跨阻放大器（CTIA）结构,具有注入效率高、噪声低、线性度好的特点。基于CSMC 0.35 m标准CMOS工艺模型进行了模拟仿真以及版图设计完成后的后端仿真,电路输出电压范围大于2 V,非线性小于1%,帧频为100 f/s,采用分时共享积分电容电路结构后,像元有效电荷容量达到57.5 Me-/像元。     

致冷型红外CMOS读出集成电路的发展现状

致冷型红外读出集成电路经历了20多年的发展,其技术已日臻完善,CMOS读出电路是当今读出电路的主流,其发展趋势是减小像元间距,增加焦平面阵列像元数而又不降低其光电性能.将滤波电路、A/D转换等功能器件集成在同一芯片上也是读出电路的发展方向.     

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     

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.