红外焦平面器件的信息获取电路技术

红外焦平面阵列器件是现代红外成像系统的关键器件,它包括红外探测器阵列和读出电路两部分。其信号获取电路是处理焦平面输出信号的部分,主要指与读出电路接口的放大电路。本文主要综合了红外焦平面器件的信息获取电路及其相关技术,并就其中的关键技术进行简要分析。     

红外焦平面探测器数字读出电路研究

读出电路是红外焦平面探测器组件的重要组成部分,其性能对探测器乃至整个红外成像系统的性能有重大影响。随着硅CMOS工艺的发展,数字化读出电路以及读出电路片上数字信号处理等功能得以实现,能够大幅度提高红外焦平面探测器的性能。以红外焦平面探测器对读出电路的要求入手,分析了读出电路各性能参数对红外焦平面探测器性能的影响,介绍了读出电路的数字化技术及各种实现方式以及数字积分技术。CMOS技术的发展使得数字积分技术在红外焦平面探测器读出电路中得以实现,有效解决了读出电路的电荷存储容量不足的问题,极大地提高了探测器性能。     

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。     

焦平面上的N沟金属氧化物半导体硅信号处理器

下一代红外系统由于焦平面上能包含大量探测器,其灵敏度和分辨率将显著提高。现在的红外成象系统所用探测器数量较少(通常在200以下),每个探测器各接一个视频信号处理电路。红外半导体新工艺提供了较高的探测器密度,仅仅因为简化低温恒温器与系统的互连,也显然需要焦平面上的信号处理。可是,这种探测器新工艺相当不成熟,为使所得信噪比由入射辐射的散粒噪声来限定(所谓背景限性能,即BLIP),需调整探测器信号。本文叙述硅n沟MOS(NMOS)工艺在研制红外信号处理模拟电路上的应用。     

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.     

红外焦平面阵列读出电路技术分析

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;讨论了用于实现红外焦平面阵列读出电路的一些实施技术;并对各种实现技术进行了分析比较;最后提出了红外焦平面阵列读出电路今后的研究方向。     

红外焦平面器件脉冲驱动电路的小型化设计

代表着红外器件发展的主流方向的红外焦平面器件，其正常工作时需要驱动脉冲信号多达十几路，为了使红外焦平面阵列处于最佳工作状态，就必须设计出相应的驱动电路。提出了一种红外焦平面器件驱动电路的设计方法。该电路具有体积小、功率低及灵活性好等特点，为驱动电路以及成像系统的小型化提供了良好的技术基础。     

数字化红外焦平面技术

数字化红外焦平面技术是从探测器起所有信号处理都在数字域完成的红外热成像技术,是目前国际上最先进的新一代红外焦平面技术。通过将模拟-数字转换器(ADC)集成到读出电路中实现数字读出,配合数字传输和数字图像处理形成数字化红外焦平面技术。通过中波640×512数字化红外焦平面探测器读出电路、成像组件以及数字化红外焦平面热像仪的设计和测试,表明数字化红外焦平面技术具有接口简单、高抗干扰、高通道隔离度、低读出噪声、高传输带宽、高线性度、高稳定性等特点,是红外热成像系统的技术发展趋势。     

红外焦平面失效现象仿真研究

在性能较差的红外焦平面器件中，其背景图像经常出现一些现象，比如“黑线”、“锯齿”、“滴落圆”等，其原因可能是红外焦平面器件有缺陷或其读出电路存在问题。本文针对红外焦平面可能出现的各种缺陷，将其等效为失效性模型，用EDA软件分别对采用DI和CTIA两种读出结构的红外焦平面进行失效性等效模拟分析。通过对3×3和10×10规模的红外焦平面输出信号进行模拟，分析了背景图像中失效现象产生的原因。红外焦平面失效现象模拟分析得出的结果，为红外焦平面读出电路结构的改进提供了参考依据。     

非制冷红外焦平面读出电路的设计与测试分析

本文设计出了具有电容反馈互导放大器(CTIA)及相关双采样(CDS)结构的非制冷红外焦平面的读出电路,搭建了包括红外信号源和IRFPA模块、控制模块、ROIC 驱动模块和信号放大采集处理模块在内的红外焦平面阵列参数测试系统,并用此测试系统对本实验室自行研制的小规模红外焦平面阵列进行了读出电路测试、数据处理和分析,测试结果与理论标称值吻合。     

红外探测器背景抑制读出结构设计研究

长波红外焦平面探测器一般工作在高背景下，信号电流小于背景电流，器件本身暗电流也较大，信号读出时积分电容极易饱和，这都不利于获得理想的信噪比。通过在读出电路输入级中增加电流抑制结构，可有效提高积分时间，改善动态范围和对比度。本文介绍了红外焦平面读出电路中几种典型的背景电流及暗电流抑制技术，依次叙述不同结构背景及暗电流抑制的实现原理，并比较各个结构的优缺点，针对不同电路结构的特点，通过典型电路仿真分析，确定了它们在各种红外焦平面读出电路输入级中的应用范围。     

红外探测器背景抑制读出结构设计研究

长波红外焦平面探测器一般工作在高背景下，信号电流小于背景电流，器件本身暗电流也较大，信号读出时积分电容极易饱和，这都不利于获得理想的信噪比。通过在读出电路输入级中增加电流抑制结构，可有效提高积分时间，改善动态范围和对比度。本文介绍了红外焦平面读出电路中几种典型的背景电流及暗电流抑制技术，依次叙述不同结构背景及暗电流抑制的实现原理，并比较各个结构的优缺点，针对不同电路结构的特点，通过典型电路仿真分析，确定了它们在各种红外焦平面读出电路输入级中的应用范围。     

红外焦平面失效现象仿真研究

在性能较差的红外焦平面器件中，其背景图像经常出现一些现象，比如“黑线”、“锯齿”、“滴落圆”等，其原因可能是红外焦平面器件有缺陷或其读出电路存在问题。本文针对红外焦平面可能出现的各种缺陷，将其等效为失效性模型，用EDA软件分别对采用DI和CTIA两种读出结构的红外焦平面进行失效性等效模拟分析。通过对3×3和10×10规模的红外焦平面输出信号进行模拟，分析了背景图像中失效现象产生的原因。红外焦平面失效现象模拟分析得出的结果，为红外焦平面读出电路结构的改进提供了参考依据。     

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。     

一种基于FPGA的等效焦平面电路的设计

为实现对某型号卫星红外遥感器内部信号处理电路的测试,提出一种基于FPGA的等效焦平面电路的设计,系统以FPGA为控制核心,通过USB3.0接口接收上位机发送的模拟红外图像数据并对其进行存储,根据上位机指令以及探测驱动信号产生指定图像的8路探测器拟合信号给信号处理电路,同时将指定图像数据通过Cameralink接口上传并显示,对比源图像和处理后的图像。结果表明所设计的等效焦平面电路能够模拟红外探测器的输出信号,为信号处理电路提供可靠信号源,对保证红外遥感器的性能具有重要意义。     

热释电型红外焦平面阵列成像模拟实验研究

讨论了热释电型红外焦平面阵列成像系统及基本的信号处理，包括信号差分处理、非均匀性校正等，利用自扫描光电二极管列阵（SSPA）对热释电型红外焦平面阵列成像系统进行了模拟实验，获得了满意的图像，为进一步研制热释电型红外焦平面阵列成像系统打下了基础。     

红外焦平面探测器的输入电路性能分析

在混合式红外焦平面阵列中，探测器和读出电路之间的耦合是通过输入电路完成的。本文论述了输入电路在焦平面传输中的作用，分析了焦平面输入电路的性能，讨论了焦平面输入电路对红外焦平面阵列探测器设计的影响。     

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。     

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。     

应用光力学效应的非制冷红外成像系统

应用光力学效应的非制冷红外焦平面阵列( Focal Plane Array - FPA) ,配有可见光读出部分的红外成像系统,可以在8 至14μm 光谱区得到热物体成像。其核心部件是双材料悬臂梁结构的焦平面阵列。不同于利用其他效应的非制冷红外成像系统,此种成像系统可以方便的在室温下正常工作,而且省去了相当复杂的信号转换电路,降低了制备复杂程度和成本。采用MEMS 表面硅工艺制备FPA ,深入研究了双材料悬臂梁结构成像系统的基本原理、光学读出系统、工艺制备难点,并得到了高温物体红外源的成像响应结果。