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红外焦平面阵列CMOS读出电路研究

当今的红外焦平面技术已发展成为集红外材料、光学、制冷、硅微机械加工和微电子于一体的高科技综合技术,它对国防建设有着非常重要的意义,在工业和民用领域也有着极其广泛的市场前景。红外焦平面阵列由红外探测器阵列和读出电路阵列组成。CMOS读出电路是读出电路发展的主流方向,也是红外焦平面阵列的关键技术之一,它的性能优劣直接影响到红外焦平面阵列,甚至整个红外系统的性能。我国于上世纪九十年代才涉足此技术,目前仍处于预研阶段,其水平较西方发达国家尚有不小差距。发展我国自己的红外焦平面阵列技术以成为当务之急。本课题来源于原电子部“九五”国防(电子)预研重点项目和国家军工配套项目。根据课题需要,本文对多种典型的CMOS读出电路,包括读出电路的噪声及处理技术进行了比较系统深入的理论分析和计算机仿真实验研究,保证了所设计的读出电路正确、可行。本文第三章首先对典型致冷型CMOS读出电路的非均匀性、注入效率、偏置稳定性、注入电流的频率特性以及阈值电压非均匀  (本文共87页) 本文目录 | 阅读全文>>

重庆大学
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红外焦平面阵列新结构高性能CMOS读出电路研究

红外成像技术具有良好的应用前景,在国民经济的多个领域正得到日益广泛的应用,尤其是在军事领域。红外焦平面阵列(IR FPA)主要由探测器和读出电路(ROC)两部分组成。IR FPA对其ROC要求比较苛刻,如低功耗,探测器偏压稳定,阵列尺寸和中心距小,尤其是在背景电流很大的情况下,如何进行背景抑制,以提高探测灵敏度和信噪比等等。目前的各种方案中,有的电路太复杂,不适于大规模IR FPA应用;有的对阈值电压波动太敏感,读出性能差;有的没有良好的背景电流抑制功能,动态范围小,不适于高背景条件(例如:空对地,地对地) 条件下的应用。针对上述问题,作者在充分了解国内外的最新研究现状后,作为主研人之一参与了国家自然科学基金项目“红外焦平面阵列新结构高性能CMOS 读出电路研究” (批准号:60077025),并参与了实验室的一系列科研项目。作者首先分析了在CMOS集成电路设计中的几个主要技术问题,如MOS电容、MOS FET的沟道长度调制效应...  (本文共114页) 本文目录 | 阅读全文>>

电子科技大学
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32×32红外焦平面阵列CTIA型读出电路系统设计

由于电容反馈跨阻放大器(CTIA)型读出电路在红外焦平面阵列中的广泛应用,论文着重于对高性能CTIA型读出电路和小型阵列进行探测性研究和设计。论文基于抗辐照CMOS电路的课题背景展开研究,从读出电路的单元电路和阵列系统两方面开展理论和设计研究。设计出高性能读出电路单元和32×32阵列的系统架构,实现了整个系统数据的高准确读出。论文首先介绍了红外焦平面阵列的组成部分:红外探测器和读出电路,对光伏型探测器建立物理模型,为读出电路研究工作的开展作理论基础。通过对比不同种类CMOS读出电路的优点和缺点,确定了具有明显性能优势的CTIA型读出电路作为研究对象。其次,为研究具有高性能的CTIA读出电路:稳定的探测器偏压、高注入效率和输出信号线性度,对CTIA读出电路建立物理模型,设计出注入效率为98.6%,探测器偏压变化0.493mV,输出信号非线性度为0.92%的高性能读出电路并进行仿真验证。为提高读出电路的其他性能指标,还给出了复位开关...  (本文共59页) 本文目录 | 阅读全文>>

吉林大学
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低噪声红外焦平面阵列读出电路的研究

红外成像探测技术自发明以来,被重点应用于军事的各个方面,而且在卫生医疗、设备检测等领域也备受关注。随着红外成像技术的不断发展,红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array,IRFPA)也逐渐为国内外研究者所重视。IRFPA成像系统主要包括两个部分:探测器单元阵列和读出电路(Readout Integrated Circuit,ROIC)。随着集成电路产业技术的不断进步,像元阵列规模不断扩大,像元尺寸不断缩小,ROIC的性能成为制约IRFPA成像系统发展的关键因素,因此对具有高性能的ROIC的研究具有重大意义。本论文首先对IRFPA技术的研究进展做了简要分析,根据ROIC的电路类型和工作原理,比较不同的电路类型,选择电容跨阻放大器(Capacitance Transimpedance Amplifier,CTIA)作为本文设计的像元电路类型。其次,对CTIA型的像元电路进行理论分析及设计仿真,考虑像元电路的...  (本文共70页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津大学
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红外焦平面阵列读出信号处理电路设计关键技术研究

红外探测成像技术在军事、医疗、天文以及民用等领域有着非常重要的应用,红外焦平面阵列成像是目前红外探测成像技术中的主流技术,读出信号处理电路是红外焦平面阵列成像系统中的主要组成部分。本论文主要研究读出信号处理电路设计中的关键技术。论文首先对红外成像系统的发展过程、焦平面阵列和红外探测器以及读出信号处理电路进行了简单分析介绍,然后对读出信号处理电路进行架构设计和性能指标分析,重点研究前端读出电路单元的性能指标和电路结构、背景电流和暗电流抑制技术,并分别进行了关键模块设计、分析和仿真验证。最后,采用Chartered 0.35μm CMOS工艺对所设计的基于自偏置电流镜读出电路单元、读出电路单元和用于固定模式噪声消除的相关双采样电路组合模块以及背景电流和暗电流抑制电路进行了版图设计和流片。测试结果表明所设计的各个电路模块在功能和性能上均达到设计要求。对所设计的基于比较器编码的数字化读出信号处理电路架构进行了版图设计和后仿真验证,仿真结...  (本文共156页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京理工大学
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非致冷红外焦平面阵列CMOS读出电路设计及其仿真

非致冷红外热成像仪具有重量轻、无需致冷、成本低等优点,有广泛的军用和民用市场,是热成像技术的发展方向。读出电路是红外成像系统中探测器阵列与信号处理器之间很重要的接口电路。文中详细描述了二维微测辐射热计焦平面阵列CMOS读出电路的工作原理,电路结构设计,并通过计算机仿真验证了电路设计的正确性。在对多种前置放大器比较分析后,提出了电容反馈互阻抗放大器结构。为了节省读出集成电路所占的面积,采用静态移位寄存器。在深入讨论读出集成电路噪声的基础上,提出了一种消除噪声的新方法一双复位法,克服了以往相关双取样的缺点,该方法没有增加电路功耗和硅集成电路的复杂程度,只要电容参数选择合适,理论上能完全消除KTC噪声,而且对1/f噪声也起抑制作用。最后,针对红外焦平面阵列的非均匀性,在传统两点校正法的基础上,提出了非均匀校正方案——偏置校正法。阐述了偏置校正法对非均匀性校正的实现原理,论证了其有效性及可行性。  (本文共80页) 本文目录 | 阅读全文>>