一种高灵敏度大动态范围的红外焦平面异形读出电路的设计

针对短波红外焦平面探测器高灵敏度、大动态范围的发展需求,设计了一款新型的红外焦平面异形读出电路。传统的像元只使用一种输入级,难以兼顾高灵敏度和大动态范围,而在该设计中包含的组合像元使用了CTIA和大动态范围两种输入级,兼顾了其优点。具体布局为每2×2个CTIA输入级模块阵列中间,含有1个直接注入模式/对数模式可切换的大动态范围输入级模块。工作模式有两种,第一种为CTIA输入级模块和直接注入模式的大动态范围输入级模块同时工作;第二种为CTIA输入级模块和对数模式的大动态范围输入级模块同时工作。基于0.18μm 3.3V标准CMOS工艺,绘制了CTIA输入级阵列规模为320×256,像元中心距为15μm的异形电路像元阵列版图。仿真结果表明,异形电路像元通过小积分电容实现了高灵敏度,通过对数光响应输出实现了大动态范围。

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%。

用于SiC中子探测器的幅度脉冲调制电荷灵敏模拟前端电路设计

针对SiC沟槽型中子探测器输出的极其微弱的电流脉冲信号,设计了一款专用四通道读出集成电路。每个通道由高增益高带宽电荷灵敏放大器、高阶整形电路、峰值保持和时间检测电路组成,优化了电荷灵敏放大器(CSA)反馈回路,提高了增益线性度,避免了漏电流流入对基线的影响。电路能够快速响应输入信号,实现对能量和时间信息的提取。电路采用0.18μm CMOS工艺完成设计,实现了版图设计,后仿真结果表明,系统等效输入电荷范围为1.14 fC~22.35 fC,电荷转换增益为71.19 mV/fC,非线性误差在1.6%以内,等效噪声电荷为22 e^(-)。电路具有高增益高线性度的优点,能很好针对SiC沟槽型中子探测器输出电荷信号的特点,对其进行专用读出放大。

SiPM电流模式前端信号读出电路技术分析

阐述硅光电倍增器(SiPM)阵列信号的前端读出电路存在许多设计难点,包括噪声抑制、功耗高以及灵敏度低的问题。探讨各种不同的前端读出电路的工作原理,提出几种读出电路的设计思路,分析电路结构和性能参数。

一种具有衬底温度补偿功能的非制冷红外读出电路

针对非制冷红外探测器系统,设计了一种无需衬底温度稳定器——热电制冷器(TEC)的读出电路(ROIC)结构.首先分析了衬底温度对微测辐射热计的特性的影响,利用ROIC对衬底温度变化引起的微测辐射热计的特性的变化进行补偿,实现ROIC的输出信号与衬底无关.该ROIC已在0.5μm CMOS工艺下成功流片,并应用了到阵列大小为320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上.测试结果表明:在衬底温度变化20 K时,ROIC输出信号仅变化2 mV,实现了去除TEC后衬底温度补偿的功能,有效地降低了系统功耗.该ROIC在低功耗,小体积的非制冷红外探测器上有着广泛的应用.

一种新型的高均匀性非制冷红外读出电路研究

针对非制冷红外探测器系统,设计了一种高均匀性的读出电路(ROIC)结构。由于非制冷红外焦平面阵列中微测辐射热计的制作工艺存在偏差导致探测器输出存在非均匀性,其中列条纹尤为明显。所提出的读出电路能有效地消除列条纹、提高均匀性。该ROIC已在0.5?m CMOS工艺下成功流片,并应用到阵列大小为320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上。测试结果表明:固定图像噪声(FPN)仅为0.088V,无明显列条纹。该ROIC在高均匀性的非制冷红外探测器上有着广泛的应用。

1×128热释电IRFPA CMOS读出电路的研究

热释电红外焦平面阵列是非致冷红外焦平面阵列的主要发展方向之一 ,其读出电路是关键部件 ,属数模混合集成电路。分析了热释电读出电路的特点 ,设计原则 。

致冷型红外CMOS读出集成电路的发展现状

致冷型红外读出集成电路经历了 2 0多年的发展 ,其技术已日臻完善 ,CMOS读出电路是当今读出电路的主流 ,其发展趋势是减小像元间距 ,增加焦平面阵列像元数而又不降低其光电性能。将滤波电路、A D转换等功能器件集成在同一芯片上也是读出电路的发展方向。

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。

SQUID读出电路的仿真及其调试电路的设计

超导量子干涉器件(SQUID)配合其读出电路可实现极其微弱磁场的测量,设计低噪声高性能的读出电路是SQUID应用中的一个重要工作。本文介绍了根据电路数学模型进行电路行为仿真的方法,对电路进行模块划分,建立各模块的数学模型,通过仿真分析影响电路性能的关键参数,进而指导具体电路的设计实现,同时介绍了一种调试电路的研制,可实现基于交流调制的磁通锁定式读出电路在常温下的调试。

一种大面阵红外焦平面阵列读出电路的设计方法

论文提出了一种可用于大面阵红外焦平面阵列的智能化读出电路的设计方法,所设计的读出电路具有放大、读出、片上模数转换以及智能控制等功能。论文主要介绍该面阵电路的组成结构、核心电路的工作原理、电路的仿真方法和结果。通过对该面阵读出电路进行版图设计、流片和性能测试,得到了符合设计要求的面阵规模为128×128像素的大面阵红外焦平面阵列智能读出电路。

光电传感器读出电路的参数可调控制研究

基于电容反馈互导放大器和相关双采样结构的读出电路原理,分析了电路中控制信号的时序关系,设计了参数可调的时序控制电路。应用Cadence进行电路仿真和版图设计优化,通过流片、测试,证明参数可调的时序控制电路能有效调节参数,易于控制,适用于具有该读出结构的读出电路。

基于读出电路结构的红外焦平面图像非均匀校正算法

为了改善基于图像配准的红外焦平面迭代非均匀校正算法的性能,在此基础上提出了一种新的红外焦平面图像非均匀校正算法。首先分析了真实图像的噪声规律,利用红外焦平面的读出电路结构特性建立了噪声模型。而后分两部分对算法原理进行分析,最后用仿真数据对算法的有效性给予了验证。通过与其他算法的校正结果比较,证实该算法具有收敛速度快、计算复杂度低、数据存储量小等优点。

红外焦平面阵列CMOS读出集成电路的研制

介绍了一种红外焦平面阵列( IRFPA)互补金属氧化物半导体 ( CMOS)读出集成电路 ( ROIC)的研制方案 ,叙述了读出电路的电路原理及工作时序、电路参数设计、版图设计及工艺分析。电路采用电容负反馈互导放大器 ( CTIA)及相关双取样 ( CDS)结构 ,有利于减小电路的噪声。

红外焦平面读出集成电路噪声分析研究

信噪比和动态范围是衡量红外焦平面读出电路性能的两个重要指标,读出电路的随机噪声与这两个指标直接相关。本文对红外焦平面读出电路链路里的随机噪声进行了深入分析研究,同时给出每个噪声源的理论计算方法以及整个读出链路噪声的理论计算方法。最后用Matlab仿真计算出了各个电路参数对读出电路噪声的影响以及信噪比和动态范围的影响。

红外焦平面器件读出电路技术

本文是一篇关于红外焦平面阵列器件的综述性文章。主要介绍了红外焦平面阵列器件的分类、定义、应用、组成部分、发展趋势,其中重点对红外焦平面器件读出电路技术作了详尽的论述。

64×64元IRFPA CMOS读出电路的研制

64× 64元 IRFPA CMOS读出电路是为红外探测器配套使用的数据处理芯片 ,用于对红外探测器产生的信号进行积分采样并且串行输出。为提高灵敏度及改善信号质量 ,取样电路的源跟随器的两个 NMOSFET采用了零开启电压 ;并且采用了双采样结构 ,用来减小噪声的影响。芯片的数字模块与模拟模块间用电源和电线进行了良好的隔离 ,减小了相互间的影响。电路工作电压1 0 V,芯片面积 5 .6× 7.9mm2 。本文简述了电路功能 ,重点介绍了该电路的制造工艺 ,分析了工艺中的重点 ,即电路采用 P型 ( 1 0 0 )单晶硅衬底、N阱 CMOS双层多晶硅双阈值工艺。双层多晶硅用来制作芯片内的电容。第一层多晶硅仅用作电容下极板 ,第二层多晶硅作电容的上极板、栅和部分连线 ,为了保证电容值及击穿电压 。

一种应用于非制冷焦平面读出电路的?非线性辐射补偿型ADC设计

针对非制冷红外探测器系统,设计了一种具有辐射非线性补偿功能的ADC结构。首先分析了辐射非线性对微测辐射热计的特性的影响,利用非线性单斜率ADC(Nonlinear Single-Slope ADC)对非线性辐射引起的微测辐射热计的特性的变化进行补偿,实现ROIC的输出信号的线性化。使用双非线性斜波发生器的模数转换较普通单斜率模数转换节省了近一半的时间,提高了探测器帧频。该ROIC已在0.5??m CMOS工艺下成功流片,并应用了到阵列大小为320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上。测试结果表明:目标温度变化640K时,输出信号呈线性(NL=0.94%),数字码有效利用率大于96%。该ROIC在大阵列、小体积的非制冷红外探测器上有着广泛的应用。

一种混合信号传输的低场核磁共振读出电路

提出了一种应用于低场核磁共振的采用混合信号传输的读出电路。该读出电路系统主要由前端放大器、接收机与后端模数转换器组成。提出的混合信号传输技术的本质在于利用相位域与电压域的混合模式检测,以及放大器与模数转换器之间的增益分配来增强线性度。采用0.18μmCMOS工艺设计,仿真结果表明,在1.2 V的电源电压下,整体电路的功耗为0.5 mW,前端放大器的输入1 dB压缩点与IIP3分别为-9.31 dBm和-5.98 dBm,接收机的等效输入噪声仅为2 nV·Hz^(-1/2)。

基于自偏置电流镜的CMOS红外焦平面读出电路

针对高精度红外焦平面阵列应用设计了一种具有高注入效率、大动态范围、稳定的探测器偏压、小面积和低功耗的自偏置电流镜注入CMOS读出电路。所设计的电路结构包括一种由自偏置的宽摆幅PMOS共源共栅电流镜和NMOS电流镜构成的反馈结构读出单元电路和相关双采样电路。对所设计电路采用Chartered 0.35μm CMOS工艺进行了流片。测试结果显示：电路线性度达到了99%,探测器两端偏压小于1 mV。电路输入阻抗近似为0,单元电路面积为10μm×15μm,功耗小于0.4μW。电量存储能力3 108电子。测试结果表明：电路功能和性能都达到了设计要求。