应用于红外读出电路的LVDS接收电路设计

在大规模红外读出电路中,接口电路的数据传输效率及接口数量尤为关键。传统接口电路采用并行接口进行数据传输,这种方式会占用较多的芯片引脚。为了提升数据的传输效率,设计了一款用于数据接收的3通道串行低压差分信号(Low Voltage Differential Signaling, LVDS)接口电路。电路采用0.18um互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)工艺设计。仿真结果表明,LVDS接口电路在400 MHz频率下,能够将2路接收端数据转换为8路数据并将其输出给内部数字处理单元。与传统并行接口相比,本电路节省了6个数据传输引脚,大大提高了数据传输效率。

新型低功耗128×128红外读出电路设计

文中介绍了一种新型的128×128红外读出电路中的低功耗设计,包括像素级和列读出级两部分。在像素级设计中,提出了一种新型四像素共用反馈放大器(Quad-Share BufferedInjection,QSBD I)的结构:每个像素的平均功耗为500nW,放大器引入的功耗降低了30%,同时使像素FPN只来源于局部失配。列读出级采用新型主从两级放大列读出结构,其中主放大器完成电荷到电压的转换,从放大器驱动输出总线来满足一定的读出速度。通过SPICE仿真发现,与传统列电荷放大器结构相比,新型结构可节省60%的功耗。

新型低功耗QSBDI红外读出电路设计

提出了一种新型红外读出电路的像素结构---四像素共用BDI结构(Quad-Share Buffered Direct-Injection:QSBDI)。在这种电路结构中,4个相邻的像素共用一个反馈放大器。在开关的控制下,像素可以实现积分然后读出(ITR)和积分同时读出(IWR)功能。在30μm×30μm的像素面积中,实现了略大于0.9pF的电容和4.2pC的电荷存储能力,平均功耗只有500nW。在实现低功耗的同时,该结构使像素级的固定模式噪声(FPN)只来源于局部的失配,与整个像素阵列的失配无关,从而使得这种像素结构非常适用于大规模2-D读出电路(Readout IC:ROIC)。后续的版图设计以及后仿真也表明这种像素结构是一种非常实用的像素结构。基于该结构的128×128的测试芯片已经设计完成,将在0.5μm工艺下进行流片测试。

红外读出电子部件:回顾与展望(下)

4.3.电阻负载栅极调制(RL)电阻负载栅极调制电路(见图11)是为了将SFD的性能延伸到高的辐照背景和暗电流而引入的。RL电路利用光子电流调制栅极电压。这可以诱导MOSFET的输出电流。RL电路很容易同直接寻址或CCD多路传输器面接。

红外读出电子装置Ⅱ

一、低温读出技术1.用于天体物理学的远红外和毫米波测辐射热计的读出问题(P.T.Timbie等,美国布朗大学)2.低温镓GaAs结型场效应晶体管(T.J.Cunningham等,美国喷气推进实验室)3.远红外列阵电子读出装置的进展(E.T.

红外读出电子部件:回顾与展望(上)

休斯公司圣巴巴拉研究中心和休斯技术中心是从七十年代初开始设计和制造第二代读出电子部件的。本文讨论推动这些电路发展的一些因素,如发展过程、存在的问题以及系统设计等。讨论将从读出部件的单片实施开始一直到比较新的具有较高集成度的混成方法为止。涉及的范围将包括从NMOS或PMOS向CMOS的转变、设计规则的技术的发展、产量、成本以及性能。所有这些都将表明这些发展是如何影响读出部件和第二代红外敏感器的。我们还将对ROIC枝术的今后发展作一推测。

空间科学敏感器用红外读出电子部件:目前的技术水平与今后的方向(上)

本文对空间科学敏感器用的红外读出电子学部件进行了评述。讨论了科学红外焦平面列阵读出的一般要求。根据工作、复杂性、噪声以及其它工作参数,介绍了晶胞电子学部件的一些具体方法。评述了红外焦平面列阵读出电子学部件的最新成果。讨论了用于实现红外焦平面列阵读出电子学部件的一些实施技术。对于满足美国宇航局及其它科学用户的需求这一点,提出了今后的方向。

天文应用红外焦平面读出电路研究

成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提下尽可能地降低电路功耗以减小电路辉光对器件暗电流的影响。同时,研究非破坏性读出的数字功能,实现了超长的积分时间和信号的多帧累积,并作为一种斜坡采样的策略有效地降低读出噪声。短波HgCdTe焦平面的测试结果符合理论设计预期,开启电路非破坏性读出功能,设置6 000 s的积分时间,当电路功耗调低至14.04 mW时暗电流为0.9 e-·pixel^(-1)·s^(-1)。读出噪声在两档增益下分别为50 e-(10 fF)和27 e-(5 fF),非线性度低于0.1%。

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。

改进型电流镜积分红外探测器读出电路设计

介绍了一种基于电流镜积分(CM I)的红外探测器的读出电路,运用宽摆幅自偏置电流镜结构对CM I电路进行了改进,该结构由宽摆幅自偏置P型折叠共源共栅电流镜与N型电流镜反馈结构组成,在提高电流镜工作稳定性的同时,基本读出单元功耗降低了3.3μW。详细分析了电路的结构、工作原理和设计过程,并采用Chartered 0.35μm工艺进行了功能仿真和版图设计。结果表明,该改进型电路结构可以实现从30pA到4.5nA的积分,精度达到9位。

HgCdTe红外焦平面用1×288 CCD读出电路

设计和研制了一种采用多晶硅交叠栅结构的1×288红外信号处理器读出电路。制作中采用了多重吸杂技术和大剂量离子注入技术,提高了电路的信号处理能力,降低了信号噪声。该电路具有分割、抗晕、背景撇出功能。其功耗小于等于50mW,动态范围大于等于60dB,转移效率大于等于99.99％。详细介绍了这种1×288红外读出电路的理论设计和研制方法,给出了工艺流程及器件的测试方法。

一种非致冷光读出红外成像阵列器件的设计

提出了一种具有“双材料梁-微镜一体化”特征结构的光读出红外成像阵列器件。该特征结构集成了红外敏感、调制和输出读出可见光信号的双重功能。通过研究相关性能,完成了像素单元尺寸的优化设计。理论计算表明,其关键性能指标的热-机械灵敏度和噪声等效温差分别为2.14×10-3rad/K和2.94 mK。

红外焦平面探测器数字读出电路研究

读出电路是红外焦平面探测器组件的重要组成部分,其性能对探测器乃至整个红外成像系统的性能有重大影响。随着硅CMOS工艺的发展,数字化读出电路以及读出电路片上数字信号处理等功能得以实现,能够大幅度提高红外焦平面探测器的性能。以红外焦平面探测器对读出电路的要求入手,分析了读出电路各性能参数对红外焦平面探测器性能的影响,介绍了读出电路的数字化技术及各种实现方式以及数字积分技术。CMOS技术的发展使得数字积分技术在红外焦平面探测器读出电路中得以实现,有效解决了读出电路的电荷存储容量不足的问题,极大地提高了探测器性能。

光读出红外传感器

本文介绍新型光读出红外敏感器,主要介绍它的基本工作原理、结构和光读出系统,也介绍了器件的热弯曲特性。

超高增益低噪声红外焦平面读出电路研究

高增益探测对InGaAs焦平面探测器在微光夜视条件下成像有重要意义。设计了一款InGaAs焦平面用的高增益低噪声64×64元读出电路。读出电路输入级采用CTIA模式(电容负反馈放大),通过计算发现输入级运算放大器热噪声是主要噪声源,采用单端替代差分运放将输入级噪声降低26%。同时,研究积分电容和增益、满阱容量、噪声的关系,将积分电容降低到1 fF,实现了超高增益和低噪声探测。读出电路采用0.18mm工艺设计,像元中心距为30mm。经过PEX(寄生参数提取)参数提取,实际积分电容为0.94 fF,经过测试芯片整体功耗低至24.1 m W,电路噪声电子数为4.37e。

基于红外焦平面读出电路应用的多层stack电容设计及SPICE模型研究

基于0.5μm CMOS工艺设计并制备了一种应用于红外焦平面读出电路的多层堆叠(stack)电容结构,测试结果表明,相比单一形式电容,stack电容的单位面积值增大两倍以上,因而能够有效地提升红外焦平面读出电路的电荷存储能力。此外,本文还为设计的多层stack电容建立了一套描述其电学特性的SPICE模型,模型均方根误差在2%以内,因此可以准确描述stack电容的电学特性,满足了红外焦平面读出电路的仿真设计要求。

新型低功耗320×288 IR ROIC中列读出级的设计

介绍了320×288红外(IR)读出电路(ROIC)中列读出级的低功耗设计。采用新型的主从两级放大的列读出结构和输出总线分割技术相结合。其中主放大器完成电荷到电压的转换,从放大器完成对输出总线的驱动来满足一定的读出速度,总线分割是把320列分组来减少输出总线上的负载电容。通过spice的仿真可以发现,与传统的列读出级相比,这种新型结构的功耗由原来的47mW降到了现在的6·74mW,节省了80%以上的功耗。

用于IRFPA ROIC的高性能缓冲器模块的设计

红外焦平面读出电路(IRFPA ROIC)主要用于焦平面阵列与后续信号处理之间的通信。文章提出了一种用于红外焦平面读出电路的缓冲器模块,包括列缓冲器、高性能的输出缓冲器以及相应的偏置电路。缓冲器均采用单位增益放大器结构,通过放大器的优化设计可实现对不同负载的有效驱动且静态功耗较低。该缓冲器模块用于一款640×512面阵、30μm中心距的中波红外焦平面读出电路,采用CSMC 0.5μm DPTM工艺进行流片加工。仿真结果表明,列缓冲器的开环增益为40.00dB,单位增益带宽为48.17MHz(10pF)。输出缓冲器可实现轨到轨的输入,开环增益为39.68dB,单位增益带宽为46.08 MHz,读出速率高达20 MHz,功耗为16.02 mW(25pF∥5.1kΩ)。该模块输入端拉出的测试管脚可在焦平面读出电路的晶圆测试中帮助验证芯片功能。通过调节测试端口,测试结果与仿真结果大体一致,验证了该缓冲器模块的设计可行。

中国科大光力学工作进展

中国科学技术大学光力学实验室近年从事实验力学方法在红外成像、金属物理学以及生化传感等交叉领域的研究,为实验力学带来了新的研究内容,也为相关领域的研究开辟出独特的途径。本文拟对该小组近年来取得的研究进展作一个概述:1)提出微梁阵列FPA变形的高灵敏光学检测法,设计制作出相应的FPA,实现了新概念光学读出红外成像,热成像指标处于国际领先;2)提出用动态散斑研究合金材料锯齿形屈服剪切带,建立了溶质原子与位错交互作用的动态应变时效模型,再现出锯齿形加载曲线和带反复传播的轨迹;3)提出用微梁传感研究大分子/蛋白质构象折叠,检测到构象转变过程中分子间力的相互作用信息和折叠动力学过程,为研究大分子折叠机理提供了一种新途径。