采用APD单光子阵列读出集成电路的红外测距技术

红外单光子探测因其超高的检测灵敏度和信噪比,有效提升了弱光检测系统的性能水平。基于TSMC 0.35μm CMOS工艺,提出了一种阵列型数字式红外读出电路及其应用系统的设计方法。采用由OSC多相时钟构成的低段全局共享TDC和高段像素独享TDC的两段式阵列结构,在170 MHz时钟频率下,实测获得了小于1 ns的时间分辨率和3μs的量程,并在1 k Hz的帧率下采用串行模式输出数据,经相关数据处理,最终实现测距轮廓成像的功能。

大动态范围、高灵敏度红外焦平面数字像元读出电路技术(特邀)

长波红外探测器一直以来受到读出电路电荷存储容量的限制,导致信噪比、动态范围和灵敏度都难以提升,制约了长波红外成像系统的发展和应用。文中对比分析了模拟像元和数字像元读出电路技术,介绍了数字像元焦平面的发展现状和主要架构。采用脉冲频率调制方案设计了384×288(25μm)和256×256 (30μm)两款数字像元读出电路,其中比较器设计提高了功耗效率和强壮性,并耦合碲镉汞探测器形成长波数字焦平面探测器组件进行测试,结果与国内外相关工作进行比较分析,峰值噪声等效温差分别达到3.4 mK和1.9 mK,动态范围达到96 dB。测试结果表明,数字像元技术显著提升了长波红外焦平面的灵敏度和动态范围,是提高红外探测器性能的有效途径。

高性能低噪声数字读出电路

红外焦平面的数字读出是信息化发展的必然方向,其关键技术是数字读出电路。介绍了数字读出电路的发展现状和主要架构,重点分析了时间噪声和空间噪声的来源和影响,并给出低噪声设计指导。同时对线性度、动态范围和帧频等主要性能进行了讨论,设计了两款数字读出电路。采用列级ADC数字读出架构设计了640×512数字焦平面探测器读出电路,读出噪声测试结果为150μV,互连中波探测器测试NETD为13 m K。基于数字像元读出架构设计了384×288数字焦平面探测器读出电路,互连长波探测器测试NETD小于4 m K,动态范围超过90 dB,帧频达到1000 Hz。所设计的两款读出电路有效提升了红外焦平面的灵敏度、动态范围和帧频等性能,表明数字读出电路技术对红外探测器性能的提升具有重要作用。

混合像素传感器阵列外围拥塞缓解读出电路设计

介绍了一种混合像素传感器的外围数字读出电路,适用于高能粒子探测、生物医学成像等领域。该外围读出电路由拥塞缓解电路、持续仲裁电路与循环仲裁电路组成。分析了粒子集群的特征和不同数据路由策略对电路的影响,采用间隔n列通道共享存储器与持续/循环仲裁两种策略,缓解瞬时大量粒子击中时的信息损失问题。仿真结果表明,拥塞缓解电路较传统电路在200 kHz对撞频率下,数据读出能力提升43%,当传感器阵列击中比例达3%时,粒子信息损失减少23.43%。采用0.13μm CMOS工艺,64通道拥塞缓解外围数字电路的面积为219664μm^(2),对比未经拥塞缓解处理电路,数字外围电路面积减小13.26%。

1280×1024,10μm数字红外焦平面读出电路设计(特邀)

焦平面红外探测器的数字读出是其发展的一个重要方向,相比传统的模拟红外焦平面探测器,数字红外焦平面探测器具有诸多优势。数字红外焦平面探测器的核心在于数字读出电路。文中详细介绍了1280×1024,10μm数字焦平面读出电路的设计和实现。通过对读出电路的测试得到其噪声为157μV,在50 Hz帧频下功耗为165 mW,列级固定图案噪声为0.1%。所设计的数字读出电路与短波红外探测器成功实现了倒装焊互连并完成了成像,所成图像清晰、细节丰富。测试结果和探测器成像效果表明,所设计的数字读出电路具有低噪声、高传输带宽、高抗干扰性等特点,有助于提升红外焦平面探测器的各项性能。

一种集成图像处理功能的数字像元焦平面读出电路

设计了一种像元级数字化焦平面读出电路,克服了传统模拟读出电路技术的电荷容量局限,实现了更大的动态范围和更低噪声的数字化图像读出;同时在像元内部进行数字化图像处理,可实现非均匀校正(NUC)、盲元补偿、数字时间延迟积分(TDI)、空间滤波等图像预处理功能。该电路采用40 nm CMOS工艺流片,面阵规格为640×512,像元步进为30μm,全芯片尺寸约22 mm×19 mm。测试结果显示,该电路通过TDI、空间滤波功能可大幅降低(分别约90%和63%)输出图像空间噪声,提升成像质量。

一种改进部分元等效电路模型及其在互连封装分析中的应用

提出了一种改进的部分元等效电路模型 ,它以矢量磁位的积分表达式和洛仑兹规范代替了矢量磁位和标量电位的积分表达式 ,对积分方程进行展开 .避免了复杂介质结构中的电容矩阵提取 ,节省了计算时间 .同时 ,它以描述系统的改进节点法方程 ( MNA)代替了具体的等效电路 .该模型可方便地嵌入更大的系统进行分层次的综合分析 .数值计算的结果与文献值吻合较好 。

数字红外焦平面探测器(特邀)

相比传统的模拟红外焦平面探测器,数字红外焦平面探测器具有很多技术优势,是红外焦平面探测器技术的重要发展方向。首先,介绍了数字红外焦平面探测器国内外的研发现状,从信号处理以及应用的角度分析了模拟红外焦平面探测器与数字红外焦平面探测器的区别与特点;然后,又详细介绍了列级ADC数字读出集成电路以及数字像元读出集成电路的架构及具体电路模块,分析了数字读出集成电路的各模块电路及与性能的关系,并展望了数字读出集成电路的技术发展趋势。随着红外焦平面探测器向大面阵、小像元及高性能发展,对数字读出集成电路也提出更高的技术要求。通过读出集成电路架构以及模块电路的技术提升,列级ADC数字读出集成电路将普遍应用于大面阵、小像元红外焦平面探测器,而数字像元读出集成电路将普遍应用于长波红外焦平面探测器。

向数字化发展的红外焦平面列阵

在过去数年里,红外焦平面列阵(FPA)取得了显著进步,近来的研发重点已经集中到硅读出集成电路(ROIC)上,帧频增加、引入新型的信号处理功能是该领域的重要进展。因为优于具有模拟信号输出的探测器,具有数字信号输出的FPA备受关注。数模转换器(ADC)在芯片上的实现是数字FPA的基础,片上ADC有三种结构,即芯片级ADC、列级ADC和像元级ADC。主要通过对部分有关英语文献资料的归纳分析,介绍了数字化FPA的发展动向和趋势。