高光谱应用的带可调复位时间CDS的低噪声红外焦平面读出电路

低辐射量的高光谱应用对红外焦平面读出电路(ROIC)提出了低噪声的设计要求。相关双采样(CDS)是常用的减少噪声的结构。本文通过调节钳位和采样保持之间的时间间隔来改进CDS,可灵活消除低频噪声。采用180 nm CMOS工艺设计和制造了640×512规模、15μm像元中心距的读出电路。输入级集成了低噪声CTIA与本文提出的可调复位时间CDS(AICDS),所设计的时序产生器使CDS复位时间可以延长0~270个时钟周期。通过延长复位时间减少这个时间间隔,噪声电子数可以由39 e^(-)减少到18.3 e^(-)。SPECTRE仿真结果和实验测试结果证实了提出的AICDS结构可以提升高光谱应用读出电路的噪声性能,因此可以广泛应用。

CTIA型读出电路非线性的研究

在红外焦平面阵列读出电路中,其非线性的问题越来越受到重视。读出电路的非线性是产生非均匀性的重要因素,它影响着探测器的灵敏度,限制了探测器的使用范围。文中对电容跨阻抗放大器结构(CTIA)读出电路的非线性进行了理论研究,分析了放大器增益和积分电容对单元电路非线性的影响。同时通过分析源随器结构行选电路,提出采用单位增益负反馈的差分放大器来做行选电路,以提高电路的线性度。

消除CDS折叠效应的增益自适应红外焦平面读出电路

高动态范围是红外焦平面探测技术的先进发展方向之一。高集成度像元读出电路的动态范围受到小电荷存储容量和噪声的限制。所设计的增益自适应像元读出电路,小信号下为电容反馈跨阻放大器(CTIA),大信号下自动转换为变阻抗电阻反馈跨阻放大器(RTIA),实现小信号大增益、大信号小增益的自动切换,将集成3.86 fF积分电容的CTIA电荷容量拓展到1.63 Me^(–)。在15μm像元中心距的像元内集成相关双采样(CDS)结构,大幅减小噪声。对CDS大信号注入产生的折叠效应进行理论分析,并设计抗折叠结构。采用180 nm 3.3V CMOS工艺,完成640×512规模的读出电路的设计、仿真、流片、测试。测试结果显示,该电路可消除CDS折叠效应,噪声电子数17 e^(–),动态范围拓展到99.66 dB。

短波IRFPAs读出电路CTIA输入级的优化设计

针对凝视短波红外焦平面阵列探测器弱信号耦合读出的难题,设计了一种高注入效率、低噪声、精简结构的运放积分型(CTIA)输入级。该CTIA单元输入级采用电流源负载的共源共栅结构,不仅具有传统CTIA结构的优点,还能克服常规的CTIA结构复杂、功耗过高的缺点。在低温模型的仿真环境下,进行了前仿真和提取版图寄生参数的后仿真。基于CSMC-6S05DPTM 0.5μm工艺流片,CTIA读出电路芯片的测试结果与仿真结果基本一致,输出信号电压范围达到2.5 V,单元功耗小于1.0μW。

CTIA读出方式的微测辐射热计

在微测辐射热计热敏元的热平衡模型基础上,分析了CTIA读出方式的微测辐射热计在不同背景和衬底温度下的输出响应率,仿真了探测器面阵在偏移-增益两点校正法校正后的输出。为衡量不同衬底温度下校正后残余非均匀性噪声的大小,考虑到响应率随背景温度和衬底温度变化的因素,提出了非均匀性噪声等效功率(NNEP)指标。研究结果表明,在采用20μs积分时间和5pF积分电容时,探测元响应率可以达到106V/W到107V/W;衬底温度的变化在约0.01K以内时,采用两点校正法可以对该读出方式的微测辐射热计输出进行良好的校正。

CTIA型红外焦平面阵列非均匀性研究

根据CTIA型红外焦平面阵列的工作原理,分析了非均匀性的来源:探测器芯片、CTIA运算放大器的输入失调电压以及读出电路的积分电容。对这几种因素造成的非均匀性进行了分析、计算和实际测试。最后,提出了使焦平面阵列非均匀性最佳的探测器工作偏置区间。

基于CMOS工艺的双结深CTIA荧光传感器

基于标准CMOS工艺设计了P+/Nwell/Psub双结深光电二极管,建立了双结深光电二极管的光电响应模型,并用MATLAB仿真比较了单、双结光电二极管的光电响应灵敏度。针对双结深光电二极管分别设计了3T和CTIA有源像素电路,单个像素尺寸为100μm×100μm,采用0.5μm CMOS工艺实现。实验测试了在不同光强下有源像素电路的光电转换特性。双结深光电二极管的峰值灵敏度为0.59 A/W@440 nm,双结深的3T像素光电转换灵敏度为42 V/(lux·s),双结深的CTIA像素光电转换灵敏度为2243 V/(lux·s)。结果表明,采用双结深的CTIA光电传感电路对微弱的光具有更高的光电转换灵敏度,可以应用在环境、生物、医学荧光检测中。

CTIA CWG Wi-Fi 1.4版本分析

介绍了支持802.11a/b/g/n的Wi-Fi设备进行CTIA认证时要参考的最新测试标准CTIA CGW Wi-Fi Test Plan1.4的内容及其进展,并分析了该版本与现行1.3版本的内容变更,对实验室按照新标准进行Wi-Fi产品测试有指导性意义。

GaN紫外焦平面CTIA结构读出电路小面积设计及仿真

随着GaN紫外焦平面的发展,焦平面的阵列规模越来越大,单元探测器的面积越来越小,对GaN紫外焦平面的读出电路进行设计,实现读出电路单元面积为37μm×37μm,阵列规模为8×8元。本设计采用电容反馈互阻抗放大器(CITA)结构作为输入级,列共用方式的采样保持电路,源级跟随器作为输出级,用移位寄存器来控制行、列选通并控制电路工作的时序。本文的整个电路设计基于Cadence设计平台,对电路进行了Spectre仿真,面阵的工作状况良好,保持良好的线性。

包含交流耦合CTIA与数字CDS的CMOS图像传感器设计

设计了一种带隔直电容的交流耦合CTIA像元电路与数字相关双采样(DCDS)结构的CMOS图像传感器系统。在传统的CTIA像元电路中增加隔直电容,通过控制光电二极管的偏压,达到减小光电二极管暗电流的目的;同时采用片外数字CDS结构,通过在片外实现复位信号与像元积分信号的量化结果在数字域的减法,可以减小图像传感器像元的复位噪声和固定图案噪声(FPN)。基于0.35μm标准CMOS工艺对此CMOS图像传感器进行流片,像元阵列为256×256,像元尺寸为16μm×16μm。测试结果表明交流耦合CTIA像元电路可以将光电二极管的偏压控制在零偏点附近,此时其暗电流最小;采用了数字CDS结构后,图像传感器像元的时域噪声及固定图案噪声均有不同程度降低。

CTIA线列型读出电路输出异常问题研究

CTIA电路结构由于其高注入效率和线性度在小信号探测器读出电路设计中广泛应用。然而,采用该结构作为输入级的TDI线列型读出电路,在使用中处理信号足够大时,帧与帧之间输出电平出现高低差异,最大可达2 V。表现在图像则为明暗条纹交替出现,无法正常探测。积分电容越小,该现象越容易出现。并且,通过改善供电、调节偏置电压和参考电压等措施对该现象均无明显改善。本文针对这一现象,通过深入仿真和理论分析,最终实现问题定位,同时提出解决措施,有效地消除该现象。

红外焦平面CTIA型读出电路的设计研究

为了适应红外焦平面(IRFPA)高像素的趋势,设计出面积更小、性能更优的像元电路,选择电容反馈跨阻放大器(CTIA)作为像元电路的电路结构,在CTIA中运算放大器基于共源共栅结构,采用积分电容可选的模式来调整积分时间,并基于电路高像素的需求,优化电路,减小面积.在此基础上,搭建模拟信号通路进行仿真研究,绘制版图,并进行后仿,为读出电路的正确性、可靠性提供保障.优化后的像元电路面积为18μm×18μm,可选积分电容分别为60 fF和400 fF,后仿得到的信号通路输出摆幅常温下为2.03 V,低温下为1.52 V,且低温下的积分噪声为213.6μV,满足设计需求.

CTIA型红外读出电路的数字控制电路结构研究

研究了电容反馈互导放大器(CTIA)型红外读出电路的数字控制部分的工作原理,并针对CTIA这一特殊结构的读出电路,提出了一种基于计数器的数字控制电路结构。文中给出了电路图,并在Cadence平台上做了仿真,给出了相应的仿真结果。与一般的结构相比,新的结构更灵活,更易于控制,并且所用D触发器的数量更少。

由CTIA认证引发的思考

作为一个民间的协会组织,CTIA认证为无线工业界提供了一个独立的产品评价服务,该认证通过行业约束和市场行为来保证通信设备的质量。介绍了CTIA对认证实验室的基本要求和认证流程,阐述了实验室如何才能获得CTIA的认证。

CTIA OTA认可中无线终端暗室纹波测量解析

美国无线通信和互联网协会（CTIA）制定的无线终端OTA测试标准,对于移动通信手机等产品的测试具有一定参考意义。该标准中最重要的内容是对暗室纹波性能的测量。通过CTIA OTA实验室认可对我国移动通信手机等产品的出口有益。在CTIA OTA实验室认可中,OTA暗室的纹波性能是一个非常重要的指标,直接影响着OTA测试结果的不确定度。主要叙述了CTIA OTA实验室认可中的暗室纹波性能测量技术,具体描述了测量原理、测量方法、所用仪器及遇到问题的解决方法,研究工作对获取CTIA OTA实验室资质有着积极的意义。

CTIA OTA3.1版本分析

介绍了Test Plan for Mobile Station Over the Air Performance V3.1标准以及CTIA认证的最新进展,分析了3.1版本同现行2.2.2版本的差异,并为准备3.1版本认证评审的实验室提出建议。

CTIA OTA测试规范的新要求分析

目前,无线通信设备的OTA测试作为辐射性能测试的重要性能指标,已在欧美及中国等大多数国家作为强制性准入测试。该文对CTIA OTA测试规范目前的制修订工作进行了深入分析研究,并在目前版本的CTIA OTA测试规范技术要求的基础上,对规范制修订过程中的技术重点进行了解剖,特别是LTE及MIMO技术将是CTIA OTA测试规范的重要发展方向,因此详细解析了MIMO OTA等测试的技术特点,指导了实验室或系统供应商以后的OTA系统升级和技术能力的提升。

基于CTIA的微弱信号放大电路研究

获得尽可能大的放大倍数与运放饱和输出导致信号失真的矛盾,制约着微弱信号放大调理电路的整体性能。由于水听器及其他产生微弱信号的传感器的一致性原因,其输出信号的微小偏移可能导致放大电路的饱和失真。如果不能很好地解决该问题,数据采集系统将不得不以降低电路放大倍数为代价以获得不失真数据。介绍了一种信号输出直流偏置不依赖于前端输入直流偏置的CTIA型积分放大与采样保持电路。理论上,配合嵌入式系统提供的时序控制与偏置反馈功能,该电路可以很好地解决由于水听器输出一致性原因导致的信号失真问题,保证了电路的放大倍数的需求。

CTIA OTA V3.2.2测试规范及授权实验室认可流程详解

通过对美国无线通信和互联网协会CTIA的OTA测试规范3.2.2版本进行解析,比对之前认证使用的3.1版本的区别进行重点解析,并深入分析新增加的LTE各项测试要求。对CTIA的授权认证过程,详细分析了新版本的CTIA认证程序文件AVRD的各个章节审核的重点要点,为CTIA授权实验室的认证提供了指导,有助于实验室技术能力的提升。

多分辨率高速线列CMOS图像传感器设计

设计并验证了一款可选分辨率、高速1024线列CMOS图像传感器。为了优化列总线读出速率,芯片采用总线分割技术以减小总线寄生电容,有效提升了信号读出速率。传感器具有4种可选择分辨率功能,使其具有更高的帧频。设计的芯片采用0.5μm标准CMOS工艺成功流片,验证了设计的正确性。测试结果表明:满阱容量为4.76 Me^(-)/像素,动态范围为75 dB;在128分辨率下,帧频能达到36000 frames/s。