320×256中/长波双色IRFPAs读出电路设计

中波与长波探测器的光电流及动态输出阻抗存在数量级的差别。为满足积分时间及读出信号信噪比的要求,采用像元间多电容共享的方案,设计了一种高集成度的320256双色红外焦平面读出电路。该电路选用直接注入(DI)结构作为中波输入级,而长波输入级则选用了缓冲注入(BDI)结构。其缓冲放大器采用单边结构,具有高增益、低功耗、低噪声的特点,降低了输入阻抗,提高了注入效率。基于HHNEC 0.35 m 2P4M标准CMOS工艺,完成了芯片的设计与制造。经测试,引入电容共享方案后其有效电荷容量达到70 Me-/像元,电路各项功能正常,在光照条件下,芯片呈现出高的灵敏性。在2.5 MHz读出速率下,中波及长波输出电压范围均大于2 V,非线性小于1%。在100 f/s帧频下,整体功耗小于170 mW。     

一种深低温环境LVDS驱动电路

研究了深低温环境下MOS管与LVDS驱动电路的工作特性。与常温环境相比,LVDS电路在77 K环境下的输出电流更大,导致输出差分信号幅值增大。MOS管在77 K低温环境下的载流子迁移率为常温下的3倍,导致器件电流增大。根据低温条件下器件变化特性的数据分析结果,调节电路结构与器件参数,设置多档可调参考电流,并调节LVDS输出信号于标准范围内。采用标准0.35 μm CMOS工艺进行流片验证。结果表明,LVDS驱动电路在77 K环境下工作时,共模电平为1.2 V,电压摆幅为400 mV。     

Ge量级大满阱容量脉冲频率调制电路设计

本文对一种提高红外焦平面读出电路满阱电荷容量的方法进行了研究。采用了基于脉冲频率调制结构的单元电路,与传统电路相比满阱电荷容量提高了1～2个量级。本文对该像元的电路结构、工作原理与信号误差进行了分析。单元电路前端的调制器将光电流信号调制成一系列固定频率的脉冲信号,计数器记录脉冲个数,脉冲个数与输入的光电流信号成正比,通过脉冲个数来表征光电流的信号量。使用0.35?m 2P4M工艺进行了电路设计与验证。通过测试结果表明,最大电荷容量达到了3.5Ge,每个电荷包的电荷量为5.46 ke,该方法的电荷容量提高了2个量级。     

基于分时共享方案的640×512红外读出电路设计

大规模、高集成度的红外焦平面器件是实现高空间分辨率红外成像的核心。针对高集成度的红外焦平面技术发展,文中设计了一款15 m中心距640512的红外焦平面读出电路。为提升器件信噪比和积分时间,提出了一种22四个像元分时复用积分电容共享技术方案,单元采用直接注入（DI）结构作为输入级,使得读出电路最大电荷容量可达20 Me-/像元。电路有两档电荷容量可选,可满足不同光电流信号的读出要求。为了减小噪声的注入及提高缓冲器偏置电流的精度,为信号传输链路设计了相应的偏置电路。电路仿真结果表明,电路帧频108 Hz,功耗低于110 mW,线性度可高达99.99%。电路采用了CSMC 0.18 m 1P4M 3.3 V工艺加工流片,常温测试结果显示电路工作电流正常,偏置开关可控,功能正常。     

红外焦平面读出电路集成数字输出

为了实现红外焦平面数字化输出,设计了一种集成片上模数转换的焦平面读出电路,包括一个512512的读出电路单元阵列和列共享的逐次逼近寄存器型模数转换器(SAR ADC)。单元读出电路采用了直接注入(DI)结构作为输入级,输出的信号通过多路传输送到模数转换器。设计的逐次逼近型的模数转换器中的比较器采用的是由前置放大器、锁存器、自偏置差分放大器和输出驱动器组成的高速比较器,数模转换器(DAC)采用的是三段式的电荷按比例缩放和电压按比例缩放相结合的结构。在Cadence和Synopsys设计平台下对模拟和数字部分电路分别进行设计、仿真与版图设计。电路工艺采用GLOBALFOUNDRIES公司0.35 m CMOS 3.3 V工艺加工流片。测试结果显示SAR ADC有效位数为8.2位,转换频率超过150 k Samples/s,功耗低于300 W,满足焦平面100帧频以及低功耗的需求。