数字化中波红外焦平面探测器组件研究进展

介绍了美国、以色列、法国等西方发达国家在数字化中波红外焦平面探测器方面的研究现状及发展趋势。从数字读出电路(ROIC)角度出发,阐述了上述三个发达国家开发的列级ADC数字化中波红外焦平面探测器的最新研究成果。在SWaP概念牵引下,以色列、法国都推出了小像元(中心距为10μm及以下)、高温工作、数字化输出的百万像素中波红外焦平面探测器组件。最后介绍了昆明物理研究所在数字化红外焦平面探测器组件研究方面取得的最新进展。昆明物理研究所突破列级ADC数字读出电路关键技术后,研制出一系列中心距(15μm、20μm、25μm)的640×512列级ADC数字化中波红外焦平面探测器组件,主要技术指标与国外同类数字化中波红外焦平面探测器组件相当。

碲镉汞双色红外焦平面读出电路研究进展

介绍了碲镉汞(MCT)双色红外焦平面探测器的研制背景,及美、英、法等西方发达国家的发展现状。从读出电路(ROIC)设计角度出发,重点阐述了上述3个发达国家的碲镉汞双色焦平面器件结构类型和相应读出电路设计特点。最后介绍了国内昆明物理研究所在碲镉汞双色焦平面读出电路研究方面取得的进展。昆明物理研究所研制出两种碲镉汞双色焦平面读出电路,一种是适用于双铟柱半平面器件结构的128×128双色信号同步积分读出电路,另外一种是适用于单铟柱叠层器件结构的640×512双色信号TDMI(时分多路积分)读出电路。两种读出电路芯片在77 K条件下正常工作,主要功能及性能指标与国外同类产品相当。

像素级数字长波制冷红外焦平面探测器研究进展

介绍了美国、法国等西方红外强国在像素级数字化制冷长波红外焦平面探测器方面的研究现状及发展趋势。基于像素级ADC(模数转换)数字读出电路(ROIC)的不同实现架构,阐述了美国MIT实验室、法国Sofradir及CEA-Leti公司开发的像素级ADC数字读出电路原理及像素级数字化长波制冷红外焦平面探测器的最新研究成果。最后介绍了昆明物理研究所在像素级数字化制冷长波红外焦平面探测器研究方面取得的最新进展。昆明物理研究所突破像素级ADC设计等关键技术后,研制出320×256(30?m中心距)像素级数字读出电路,并与相同规格的长波制冷红外焦平面探测器互连,主要性能参数与国外同类像素级数字化长波焦平面探测器相当。

第三代红外焦平面探测器读出电路

对红外探测器不断增长和提高的需求催生了第三代红外焦平面探测器技术。根据第三代红外探测器的概念,像素达到百万级,热灵敏度NETD达到1 m K量级是第三代制冷型高性能红外焦平面探测器的基本特征。计算结果表明读出电路需要达到1000 Me-以上的电荷处理能力和100 d B左右的动态范围(Dynamic Range)才能满足上述第三代红外焦平面探测器需求。提出在像素内进行数字积分技术,以期突破传统模拟读出电路的电荷存储量和动态范围瓶颈限制,使高空间分辨率、高温度分辨率及高帧频的第三代高性能制冷型红外焦平面探测器得到实现。

薄膜型热释电探测器红外响应模型分析

在进行热释电焦平面探测器ROIC(读出电路)设计时,必须充分考虑热释电探测器的红外响应特性,并根据探测器等效电路的SPICE模型进行设计仿真。从热释电探测器的热平衡方程出发,在Matlab平台上分析模拟了探测器对脉冲函数调制状态下的瞬态响应,并根据提供的薄膜材料参数在具体应用中建立了热释电探测器的等效电路模型。把探测器等效电路模型与SFD(源跟随器)型输入单元读出电路连接后进行模拟仿真,分析了不同条件下热释电探测器/读出电路组件的响应特性。

具有TDMI功能的640×512双色碲镉汞焦平面读出电路

研制出一种应用于单铟柱结构的长/中波双色叠层碲镉汞640×512焦平面CMOS读出电路(ROIC)。根据单铟柱结构的双色叠层碲镉汞探测器实际应用需求,读出电路设计了单色长波积分/读出、单色中波积分/读出、长/中波双色信号顺序积分/读出、长/中波双色信号分时多路积分(TDMI)/读出等四种工作模式可选功能。输入级单元电路分别采用长/中波信号注入管、复位管、积分电容及累积电容,并分别采用读出开关缓冲输出。为提高读出电路的适应性,各色信号通路分别设计了抗晕管以提高探测器的抗晕能力;读出电路采用快照(Snapshot)积分模式,单色积分时具有先积分后读出(ITR)/边积分边读出(IWR)可选功能;当读出电路工作在单色或双色信号顺序模式时,各色积分时间可调;此外读出电路具有多种规格及任意开窗模式。该读出电路采用0.35?m 2P4M标准CMOS工艺,工作电压3.3 V。读出电路具有全芯片电注入测试功能,测试结果表明,在77 K条件下,读出电路的四种积分/读出模式工作正常,单色信号输出摆幅达2.3 V,功耗典型值为65 m W。

应用于快速响应热释电探测器的抗高过载前放组件

热释电探测器由于具有结构简单、性价比高等优点而备受青睐。就热释电探测器/前放组件在实际工作中需要较快的响应速度,从热释电探测器及前置放大器的设计着手考虑,成功研制出高灵敏度的快速响应热释电探测器/前放组件;针对热释电探测器-前置放大器组件使用时需要承受高过载冲击及剧烈振动,在几项关键工艺中采取了一系列措施。最后,给出了热释电探测器/前放组件的测试结果和环境试验结果,表明达到抗高过载、快速响应的要求。

红外探测器发展历程

介绍了红外辐射的“窗口”划分,对应于红外探测器的“响应波段”。红外探测器的工作机理使其需要读出电路配合才能达到工程化应用。介绍了第一代红外探测器使用光机扫描成像,第二代红外焦平面探测器采用凝视成像。第三代红外焦平面探测器对高性能制冷型红外焦平面探测器提出~1 mK量级灵敏度要求。针对第三代红外焦平面探测器的灵敏度需求,提出采用“数字积分”型像素级ADC数字读出电路来满足三代红外焦平面探测器需要。

高温碲镉汞中波红外探测器的国内外进展

介绍了欧美发达国家在高工作温度碲镉汞中波红外探测器上的工艺技术路线及典型产品技术指标。对昆明物理研究所研制的基于标准n-on-p(Hg空位掺杂)工艺的中波640×512(15μm)探测器进行了高工作温度性能测试,测试结果显示器件性能基本达到国外产品的同期研制水平。

具有像素累积功能的384×288焦平面读出电路

研制出一种长波凝视型384×288焦平面CMOS读出电路(ROIC)。读出电路输入级单元电路采用像素累积(PA)功能以提高信噪比(SNR),并具有抗晕功能以提高探测器的适应性;读出电路采用快照(Snapshot)积分模式,具有积分后读出(ITR)和积分同时读出(IWR)两种模式可选功能;其他特征包括积分时间可调、多级增益可选、多种规格及开窗模式,以及全芯片电注入测试功能。该读出电路采用0.35μm DPTM标准CMOS工艺,工作电压为3.3 V。测试结果表明,在77 K条件下,读出电路的动态范围达91 dB,功耗典型值为36 mW。

高性能弹用碲镉汞红外焦平面读出电路

研制出一种高性能弹用凝视型碲镉汞(MCT)中波红外焦平面CMOS读出电路(ROIC)芯片。读出电路采用快照(Snapshot)积分模式,具有积分后读出(ITR)、积分同时读出(IWR)、长/短帧组合(COMBINED)积分和长/短帧插入(INTERLACED)积分4种模式可选功能,有效解决高灵敏度和大动态范围的矛盾;其他特征包括抗晕、多级增益可选、串口功能控制,以及全芯片电注入测试功能。该读出电路采用0.35?m DPTM标准CMOS工艺,工作电压5.0 V。测试结果体现了良好的性能:在77 K条件下,全帧频可到250 Hz(插入积分模式),功耗典型值为20 mW。

77K低温下MOSFET非固有电容参数提取研究

77K低温参数是制冷型碲镉汞红外焦平面探测器读出电路设计与精确仿真的关键点之一。通过研究MOSFET非固有电容的特性,并基于BSIM3通用模型对电容的描述,在77K低温下进行测试提取,得到了相关的模型参数。嵌入SPICE软件仿真对比,证明了参数的准确性。

长波320×240热释电非制冷焦平面探测器

热释电红外焦平面探测器技术正在迅速发展,因其体积小、质量轻、性价比高、可靠性好,适宜量大面广应用的特点而备受青睐,引起世界几个主要发达国家的高度重视.概述了美国、英国热释电焦平面探测器目前的水平,介绍了昆明物理研究所自主研发320×240热释电非制冷焦平面探测器的最新进展.

片上非均匀性自适应校正CS算法的电路实现及仿真

在红外焦平面列阵中,由于敏感元材料缺陷、工艺误差及读出电路加工失配等原因,不可避免地会引入非均匀性。这些非均匀性的特征会随着时间的变化而改变,所以传统的定标校正法在使用过程中维护起来比较困难,而且由于其体系庞大,不利于片上系统的集成。本文就非均匀性自适应校正的CS(应用常值统计约束)算法展开研究,应用Cadence IC设计软件和集成电路实现了该算法并应用spectre软件对其进行了仿真。结果表明,该非均匀性自适应校正CS算法在实时校正方面具有简单、易实现的优势,非常适合于片上集成。

新型电流镜积分红外量子阱探测器读出电路的设计分析

设计了一种偏压可调电流镜积分(Current Mirroring Integration,CMI)红外量子阱探测器焦平面CMOS读出电路。该电路适应根据偏压调节响应波段的量子阱探测器,其中探测器偏压从0.61 V到1.55V范围内可调。由于CMI的电流反馈结构,使得输入阻抗接近0,注入效率达0.99;且积分电容可放在单元电路外,从而可以在一定的单元面积下,增大积分电容,提高了电荷处理能力和动态范围;为提高读出电路的性能,电路加入撇除(Skimming)方式的暗电流抑制电路。采用特许半导体(Chartered)0.35 m标准CMOS工艺对所设计的电路(16×1阵列)进行流片,测试结果表明:在电源电压为3.3V,积分电容为1.25pF时,电荷处理能力达到1.3×107个电子;输出摆幅达到1.76V;功耗为25mW;动态范围为75dB;测试结果显示CMI可应用于高性能FPA。

非制冷红外成像系统在陆军装备中的应用现状及趋势

本文介绍了国外非制冷红外成像系统在武器热瞄具(Thermal Weapon Sight,简称TWS)、手持热像仪、驾驶视觉增强(Driving Vision Enhancer,简称DVE)、轻型反坦克导弹、小型无人机等陆军装备中的应用现状;分析了用于陆军装备的非制冷红外成像系统中探测器及成像机芯组件的技术特点;提出了应用于陆军装备的非制冷红外成像系统的探测器及机芯组件的技术发展趋势。

俄罗斯与西方国家的长波MCT红外焦平面探测器比较与分析

介绍了俄罗斯与西方主要发达国家的长波扫描型和凝视型MCT(HgCdTe)红外焦平面探测器的开发现状,并对它们在该领域里的所开发的红外焦平面探测器特点、装备状况和差距进行了比较分析。

短波320×256抗辐射加固读出电路设计

设计了一款采用CMOS工艺的短波320×256抗辐射加固读出电路,分析了CMOS工艺抗辐射的特点,重点介绍了模拟通路、偏压产生电路和数字电路的加固设计方法,采用了双环保护结构、对NMOS管使用环形栅和冗余设计等措施。该设计电路经过流片,测试结果表明该抗辐射加固设计方法有效可行。

俄罗斯非制冷微测辐射热计红外热成像系统的发展状况

简单介绍了俄罗斯在非制冷微测辐射热计红外热成像系统领域的基本状况,"旋风"中央科学技术研究所完全能代表俄罗斯在该领域的发展水平,详细介绍了该研究所开发的多款非制冷微测辐射热计红外热成像系统,最后分析了俄罗斯在非制冷微测辐射热计红外热成像系统领域的发展特点。

应用于红外成像导引头的非制冷焦平面探测器

随着非制冷探测器技术的迅猛发展,中大规模、高灵敏度的非制冷焦平面器件实现工程化应用。使用非制冷焦平面器件的红外成像导引头具有效费比高、结构紧凑、易维护等优点,已成为红外成像导引头的重要成员之一。介绍了国内外几款采用非制冷红外成像导引头的反坦克导弹、精确攻击导弹、精确炸弹、反舰导弹,以及所使用的非制冷焦平面器件的性能参数,总结了用于红外成像制导系统的非制冷焦平面器件的特点及发展趋势。