大电荷处理能力红外探测器读出电路像素设计

读出电路将红外探测器二极管激发产生的光电子收集、积分成为电压信号并按序读出,使其变成后端系统可读的电信号,是红外焦平面探测器的重要组成部分。电荷处理能力作为衡量读出电路的一项重要指标,探测器的性能以及某些应用条件下要求读出电路具有大的电荷处理能力,本文介绍一种具备大电荷处理能力的模拟读出电路像素级设计,在15μm像元间距内最大积分电容达到832 fF,最大电荷处理能达到10.92 Me^(-),且具备良好的线性度。

一种具有积分电容复用功能的红外读出电路设计

为提高长波红外探测器的电荷处理能力,提出了一种积分电容复用技术。该技术将读出电路阵列分为奇偶行两个部分,使奇偶行像素分开进行积分读出。当所有的奇行像素积分时,所有的偶行像素均不进行积分。奇行像素复用偶行像素的积分电容,奇行像素积分结束后按行列顺序依次读出。同样地,当所有偶行像素积分时,奇行像素不进行积分,偶行像素复用奇行像素的电容,积分完成后偶行像素按顺序读出。相比于使用叠层电容来提高电荷处理能力的方法,积分电容复用技术更加有效且不受工艺限制。仿真结果表明,积分电容复用技术可将像素的等效积分电容提升至原来的2倍,使读出电路的电荷处理能力从20 Me^(-)提升至40 Me^(-)。

小像元红外探测器读出电路设计研究

介绍了基于SMIC0.18μm 3.3V工艺设计研究的第一款小像元红外探测器读出电路,间距10μm,规模1024×1024。文章详细介绍了像素输入级以及列级、输出级运放的设计,为提高线性摆伏,设计选用了低阈值NMOS管nmvt33,仿真分析证明低阈值管nmvt33的噪声性能优于普通管n33;版图设计对关键信号线和敏感点采取隔离处理措施,对像元间串扰进行了仿真分析,有效控制了信号串扰。电路经测试使用各项功能正常,最大电荷处理能力达到4.3Me^-,动态范围≥65dB,读出速率达到10MHz,性能指标满足设计要求。