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.     

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。     

大规模IR ROIC中列读出级的低功耗设计

本文提出了一种大规模面阵型红外读出电路列读出级的低功耗设计.当读出频率为4MHz时,通过采用输出总线预置技术和stand-by低功耗策略,与主从两级放大的列读出级相比,功耗从8.16mW降低到了0.8mW,节省了大约90%的功耗.在输出总线预置的结构中,ROIC一共有四条输出总线,轮流驱动输出缓冲器进行读出.当一个输出总线被读出时,其他三条总线上的数据则在准备之中.当列选择信号到来时,输出总线上不再有大信号SR过程,而只有小信号的重新建立过程.因此在同等建立时间的条件下,可以减小CSA的带宽和功耗.     

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...     

具有时间延迟积分(TDI)功能的288×4红外焦平面读出电路

提出了一种具有TDI功能的288×4扫描型红外焦平面读出电路.分析了TDI的工作原理及电路实现,给出了本类电路TDI功能的测试方法.实现了支持积分同时读出(IWR)的相关双采样(CDS)及其可测性设计.提出了一种大规模扫描型焦平面读出电路的低功耗设计方案.本文的设计结果经过了流片验证.     

384×288非制冷红外焦平面阵列驱动电路的设计

在分析了法国ULIS公司的384×288元的长波红外非制冷微测辐射热计UL03191结构、性能及工作参数的基础上,针对该探测器数字与模拟两种输出模式设计了基于CPLD驱动电路。通过使用所设计电路采集黑体辐射的光信号转换成12位灰度图像来测试电路工作性能、成像质量和噪声特点,比较两种模式的测试结果,得出采用数字输出模式设计的电路具有体积小、功耗低及成像噪声小等特点。同时,设计了基于ADN8830单芯片热电制冷器控制器的温度控制系统,该系统设置电压由CPLD控制,可实现焦平面阵列根据环境温度变化采用不同工作温度点工作,从而较好的改善探测器工作性能和成像质量,降低探测器功耗。     

新型低功耗128×128红外读出电路设计

文中介绍了一种新型的128×128红外读出电路中的低功耗设计,包括像素级和列读出级两部分.在像素级设计中,提出了一种新型四像素共用反馈放大器(Quad-Share Buffered Injection,QSBDI)的结构:每个像素的平均功耗为500nW,放大器引入的功耗降低了30%,同时使像素FPN只来源于局部失配.列读出级采用新型主从两级放大列读出结构,其中主放大器完成电荷到电压的转换,从放大器驱动输出总线来满足一定的读出速度.通过SPICE仿真发现,与传统列电荷放大器结构相比,新型结构可节省60%的功耗.     

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%。     

HgCdTe红外焦平面用1×288 CCD读出电路

设计和研制了一种采用多晶硅交叠栅结构的1×288红外信号处理器读出电路.制作中采用了多重吸杂技术和大剂量离子注入技术,提高了电路的信号处理能力,降低了信号噪声.该电路具有分割、抗晕、背景撇出功能.其功耗小于等于50 mW,动态范围大于等于60 dB,转移效率大于等于99.99%.详细介绍了这种1×288红外读出电路的理论设计和研制方法,给出了工艺流程及器件的测试方法.     

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。     

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.     

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     

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。     

384×288非制冷红外探测器驱动电路设计

介绍了384×288非制冷红外焦平面探测器UL03191及其工作原理,分析了非制冷红外焦平面阵列驱动电路组成原理、设计方法,重点是偏置电压电路、脉冲电压信号驱动电路、温度检测及控制电路的设计等关键技术,并对主要驱动信号进行了仿真。     

甚高灵敏度红外探测器读出电路实现方法研究

随着红外焦平面技术的不断发展,红外焦平面探测器应用领域越来越广泛,这对红外焦平面探测器灵敏度提出更高的要求。本文首先分析了传统TDI型读出电路的降噪原理,通过仿真、测试及理论分析论述了传统TDI型读出电路提高红外探测器灵敏度的局限性,并计算出传统TDI型红外探测器所能实现的最优NETD值为4.19 mK。随后分析了像素级数字化TDI型读出电路的噪声来源及如何降低各类噪声,通过仿真结果结合理论计算得出像素级数字化TDI型红外探测器在应用32级TDI时NETD可达到亚毫K级,能够实现甚高灵敏度红外探测器的需求。     

具有时间延迟积分（TDI）功能的288×4红外焦平面读出电路

提出了一种具有TDI功能的288×4扫描型红外焦平面读出电路。分析了TDI的工作原理及电路实现,给出了本类电路TDI功能的测试方法。实现了支持积分同时读出（IWR）的相关双采样（CDS）及其可测性设计。提出了一种大规模扫描型焦平面读出电路的低功耗设计方案。本文的设计结果经过了流片验证。     

一种程控实现任意行选的红外焦平面读出电路

设计了一种可应用于多光谱红外光谱仪的红外焦平面读出集成电路。电路可以选择任意连续或非连续行的积分信号进行读出而无须逐行读出,从而大大增加了系统的灵活性和帧频。同时,电路采用滚动式IWR工作模式,为此根据读出单元是否有积分开关设计了两种复位积分控制模块;单元内部可采用DI,CTIA等读出结构。此电路具有明确的工程应用价值。     

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%。     

微型脉搏表中低功耗电路的设计

便携式测量仪器的设计通常需要考虑功耗问题,微型脉搏表的设计也是如此。文中介绍了微型脉搏表的工作流程,并给出了降低能耗的方法。通过脉冲驱动发光二极管发光、模拟开关控制放大器的工作状态,降低了电路的工作能耗。由于采用脉冲驱动二极管发光,就要解决单片机A／D转换电路的采样和脉冲驱动发光同步的问题,论文对脉冲驱动的模拟电路进行了特殊的改进－－将模拟电路放大的脉冲信号经过采样保持,进行平滑处理,最后在A／D芯片的输入端得到连续信号,解决了同步问题。经过实际使用,该系统在低功耗和易控制方面有着非常好的结果。     

DC-DC低功耗限流电路的设计

设计了一种用于升压型DC-DC转换器的限流电路,可以防止芯片内部的功率开关管遭受大电流的冲击。该电路把电流流过开关管产生的压降与参考电流流过参考管产生的压降相比较,输出电流限制信号,克服了传统限流电路功耗大等缺陷。还设计了一种低功耗的动态参考电流源,其软启动功能能够减小输出电压的过冲。Spectre仿真结果表明,限流电路有效限制了开关管的最大电流,满足设计要求。