短波红外焦平面弱信号读出的高帧频模拟链路设计

针对短波红外焦平面阵列探测器弱信号耦合、高帧频输出和噪声抑制的要求,文中设计了512×256面阵探测器读出电路(ROIC)的高帧频模拟信号链路结构。完整的模拟信号链包含运放积分型(CTIA)单元输入级、相关双采样、电荷放大器和互补型输出级。在低温模型基础上,进行了前仿真和提取版图寄生参数的后仿真。仿真得到输出动态范围为2.8V,8路输出的工作帧频高于250Hz。基于CSMC-6S05DPTM0.5μm工艺完成流片,读出电路ROIC芯片的测试结果与仿真结果基本一致,为短波红外焦平面探测器弱信号读出提供了有效的设计选择。

一种单一增益下实现红外探测器大动态范围读出方法研究

目前红外探测器采用传统读出方法很难通过一次积分实现其本身的动态范围。为实现红外探测器的大动态范围不换档读出,引入脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)结构,同时为保证弱信号时的注入效率,结合CTIA输入级,对红外探测器不换档大动态范围读出方法进行研究。提出一种CTIA输入级脉冲频率调制(PFM)读出方法,在系统级层面搭建实验系统并结合短波红外InGaAs单元探测器进行数字量化实验。详细分析了强信号时由系统结构延迟时间引起的转换线性度问题,并建立非理想条件下的数字量化转换模型。实验结果显示,提出的CTIA输入级PFM红外探测器读出方法动态范围达到97 dB,为红外探测器不换档大动态范围读出提供了一种可行方案,并为数字化读出电路设计奠定理论基础。

量子点红外焦平面读出电路接口研究及选择

目前InGaAs等材料的短波红外探测器读出电路已经较为成熟,其输入级接口电路也因不同公司和项目需求有着相对成熟的选择,但是在量子点短波红外探测器读出电路输入级接口电路的选择上,现有可查阅的公司及团队也并没有对输入级接口电路的选择进行研究,为了解决量子点探测器与读出电路输入级接口的匹配问题,对量子点探测器所使用的主流读出电路输入级结构进行研究,如CTIA、BDI,通过建立其电路等效模型并进行详细分析,以注入效率为切入点进行公式的研究与推导,将量子点探测器测试所得IV、CV分别结合不同输入级电路结构进行计算及对比,选择出一个更适合量子点探测器的读出电路输入级结构,最终选择CTIA型电路作为量子点短波红外探测器读出电路的输入级接口,其注入效率大于99%。