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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
重庆大学

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
电子科技大学

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>>

南京理工大学
南京理工大学

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>>

《红外技术》2001年02期
红外技术

红外焦平面阵列CMOS读出电路参数的计算机辅助测试系统

引言红外焦平面阵列 (IRFPA)是一种高性能的红外固体图像传感器 ,从结构上 ,可以分为混合式 (如InSb、HgCdTeIRFPA)和单片式 (如PtSiCCD)两种。比较而言 ,混合式IRFPA具有更好的性能。读出电路 (ROIC)是混合式IRFPA的关键组成部分之一 ,其性能的好坏直接影响到IRFPA的性能[1] 。本文研制出一种适用于混合式IRFPACMOS读出电路参数的计算机辅助测试系统 ,其性能可靠、精度高、速度快 ,大大提高了测试效率 ,对于定量评价CMOSROIC的性能 ,加快研制和进一步改进CMOSROIC具有重要意义。2   测试原理ROIC与不同波段的红外探测阵列互连就构成了不同波段的红外探测器。由于本系统仅仅测试ROIC本身在互连前的电特性参数 ,而不涉及到红外焦平面阵列的性能测试 ,因此 ,无论用哪种方式作为输入来进行测试 ,在相同条件下 ,均可以正确评价ROIC的性能。为了在与红外探测阵列互连前测试...  (本文共3页) 阅读全文>>

《传感器世界》2007年01期
传感器世界

焦平面阵列读出电路研究和应用

一、引言焦平面阵列包括探测器阵列部分和读出电路阵列部分,读出电路结构和参数的不同与焦平面器件的性能好坏有很大的关系。我们可以通过选取合适的读出电路结构提高焦平面的信噪比。读出电路有很多种结构,主要有自积分型读出电路(SI)、源极跟随器(SFD)、直接注入(DI)、缓冲直接注入(BDI)、复用缓冲直接注入(SBDI)、栅调制输入(GMI)、电容反馈互阻抗放大器(CTIA)、快照电荷放大器(SCA)等。我们比较各种读出电路并讨论其性能。二、读出电路的比较1、自积分型读出电路(SI)在SI电路中,光生电流(或电荷)直接在与探测器并联的电容上积分,然后通过多路传输器输出积分信号。此读出电路的输出信号通常是取其电荷而非电压,其后接电荷放大器,在每帧结束时需由象元外的电路对积分电容进行复位。随积分电荷的增加,其会造成探测器的偏置发生变化,可能引起输出信号的非线性。该电路的另一个缺点是无信号增益,易受多路传输器和列放大器的噪声干扰。2、源随器...  (本文共4页) 阅读全文>>

《核电子学与探测技术》1993年04期
核电子学与探测技术

两类多丝室读出电路的研究

l 引言 夏帕克(G·Chatpak)在欧洲核子研究中心(CCRN)最早(J968年)发明和研制了多丝室,由此荣获了1992年度的诺贝尔物理学奖。应该指出:也正因为应用了多丝室这一成果,使1976年和J984年的诺贝尔奖得主,以发现粲夸克(Charm Quark)和中间玻色子而分别荣获该二年的诺贝尔物理奖。这样,对多丝室的深入研究和推广应用,引起了人们更大的重视和更多的兴趣。 ’ 多丝正比室由于空间定位精度高,时间和能量分辨性能好,可以连续、灵敏地长期运行I可以在强磁场条件下工作。特别对应于不同实验设计,可以制成各种形状和尺寸及大面积探测器,以构成整套探测系统,相对造价便宜。 如果采用不同的转换体,除探测带电粒子外,也可用来探测Y射线、慢中子等中性粒子。 目前,不但作为核和粒子物理研究的基本探测手段,而且在核医学、生物学、材料科学、天体物理和环境监测等方面,都得到了广泛的应用。 实际上,多丝室的一些重要性能,如空间和时间分辨率,...  (本文共4页) 阅读全文>>