光学读出红外成像中反光板变形对光学检测灵敏度的影响

在刀口滤波光学读出方法的基础上,讨论了反光板弯曲的情况下,刀口滤波方法的光学检测灵敏度与反光板长度之间的关系.分析表明,在反光板曲率半径一定的情况下,光学检测灵敏度首先随着反光板长度的增加而增大,达到最大值后随着反光板长度的增加而减小.对于不同曲率半径和长度的反光板,分析给出反光板长度L和曲率半径R在满足L2/R=λ(λ为照明光波长)时,光学检测灵敏度达到最大值.实验测量了已制作的像素尺寸分别为200μm,120μm和60μmFPA的光学检测灵敏度,其实验结果和理论分析一致.     

长线列CMOS图像传感器的性能优化设计

设计了一种基于电容反馈跨阻放大器(CTIA)的长线列CMOS图像传感器。为减小器件功耗和面积,采用基于单端四管共源共栅运算放大器。为提高信号读出速率,采用没有体效应的PMOS源跟随器,同时减小PMOS管的宽长比,有效减小了输出总线寄生电容的影响。在版图设计上,采用顶层金属走线,降低寄生电阻和电容,提高了长线列CMOS图像传感器的读出速率和输出线性范围。采用0.35μm 3.3V标准CMOS工艺对传感器进行流片,得到器件像元阵列为5×1 030,像元尺寸为20μm×20μm。测试结果表明:该传感器在积分时间为1ms、读出速率为4MHz的情况下工作稳定,其线性度达到98%,线性动态范围为76dB。     

像素级模数转换器研究进展

像素级模数转换器因其独特的集成位置而具有高帧频、大动态范围、低功耗及低噪声等优点,广泛应用于红外、可见光及太赫兹成像等领域。文章介绍了主流像素级模数转换器结构的原理,综述了像素级模数转换器在动态范围、功耗、面积及噪声等性能参数的研究进展,最后分别比较和总结了各改进方向的几种关键技术并做出展望。     

应用于微小卫星的CMOS图像传感器芯片设计

针对小卫星以至微纳卫星领域的应用需求,文章对具有抗辐照能力的CMOS图像传感器的芯片架构和关键技术进行了研究,着重对行列选电路、低噪声信号读出、可编程增益放大器和片上ADC等电路设计技术进行了分析和仿真验证.基于0.35 μm CMOS抗辐照技术和工艺开展了芯片的关键电路仿真、设计和整体版图设计验证.流片后的测试结果表明,该CMOS图像传感器具有高动态、低噪声和抗辐照特点,其噪声电子为42 e-,动态范围为69 dB,当辐射总剂量大于100 krad(Si)时,器件噪声指标符合预期.     

基于沿单层LYSO晶体阵列深度多层反射膜分布的深度编码PET探测器研究

本文提出了在单层LYSO晶体阵列中,采用沿晶体深度布局多层反射膜,并通过SiPM阵列单端读出,从而进行深度测量的PET探测器方法。制作了2个晶体大小为3 mm×3 mm×20 mm的2×2 LYSO晶体阵列,分别布局2层和4层反射膜,对该探测器性能的实验测量结果表明,此探测器可清楚区分所有晶体单元。对于布局2层反射膜的探测器,上下两层事件平均正确指定的概率为85.1%,4个不同深度事件的平均正确指定概率为65.5%;对于布局4层反射膜的探测器,4个不同深度事件的平均正确指定概率为74.8%。布局4层反射膜的探测器的深度分辨率优于布局2层反射膜的探测器。两个探测器的平均能量分辨率分别为18.0%和12.2%。这种可分辨γ射线与晶体作用点深度的新型PET探测器,可用于今后研发高性能脑专用、全身和全景PET成像系统。     

一种高性能X射线CMOS图像传感器的研究

研制了一种采用电流镜积分读出电路和相关双采样电路的X射线CMOS图像传感器(NEW-X-IS),传感器像元由采用CMOS工艺的光电二极管实现,光电二极管产生的光电流通过电流镜放大后在像元外的电容上积分,经相关双采样电路抑制噪声后,由CMOS移位寄存器和多路开关电路输出视频信号.对采用2 μm CMOS工艺研制的64位实验线阵进行参数测试,结果表明NEW-X-IS具有较小的非均匀性、较低的暗噪声、较大的单位面积响应度、较高的输出电压和较宽的动态范围.将其应用于一个实验系统中,得到了不同密度、不同尺寸材料的视频信号波形.     

提高读出电路输入电流动态范围的新方法

设计了一个由CMOS差分放大器构成的电容反馈跨阻型紫外焦平面单元读出电路。该电路在传统的读出电路基础上进行改进,大幅度的提高了输入电流的动态范围。该单元读出电路可应用于工作在快照模式下的128×128FPA读出电路,像素输出速率达10MHz,为探测器提供0．3V～2V的稳定偏置电压,输入电流的动态范围达52dB。     

一种单一增益下实现红外探测器大动态范围读出方法研究

目前红外探测器采用传统读出方法很难通过一次积分实现其本身的动态范围。为实现红外探测器的大动态范围不换档读出,引入脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation,PFM）结构,同时为保证弱信号时的注入效率,结合CTIA输入级,对红外探测器不换档大动态范围读出方法进行研究。提出一种CTIA输入级脉冲频率调制（PFM）读出方法,在系统级层面搭建实验系统并结合短波红外InGaAs单元探测器进行数字量化实验。详细分析了强信号时由系统结构延迟时间引起的转换线性度问题,并建立非理想条件下的数字量化转换模型。实验结果显示,提出的CTIA输入级PFM红外探测器读出方法动态范围达到97 dB, 为红外探测器不换档大动态范围读出提供了一种可行方案,并为数字化读出电路设计奠定理论基础。     

基于MODBUS协议的深海原位核探测谱仪读出方法

深海原位核辐射探测仪在经过母船配置后,可以自行在原位环境中运行.同时,仪器打捞回收后,母船需要完成与之对接和数据回收功能,探测仪和母船上位机之间的数据读出成为一个关键问题.针对目前谱仪读出设备中存在的兼容性和可扩展性问题,设计了深海原位核辐射探测仪的数据读出方法,硬件上采用RS485和LVDS物理层,保证谱仪数据的稳定...     

CZT像素核辐射探测器读出电路的设计

CZT作为一种新型室温核辐射探测器材料,适用范围广泛,设计一种有效的CZT读出电路意义重大。采用CMOS技术设计了一种高分辨率、低功耗的CZT像素核辐射探测器读出电路。该读出电路包括电荷敏感型前置运放、整形滤波网络、放大级。运放采用PMOS输入折叠共源共栅结构,滤波网络采用简单的RC—CR结构。在GPDK 0.18μm CMOS工艺下进行的仿真,表明该读出电路的灵敏度为0.3mV/keV,探测能量范围为20～200 keV,单信道功耗为1 mW。