短波IRFPAs读出电路CTIA输入级的优化设计

针对凝视短波红外焦平面阵列探测器弱信号耦合读出的难题,设计了一种高注入效率、低噪声、精简结构的运放积分型(CTIA)输入级。该CTIA单元输入级采用电流源负载的共源共栅结构,不仅具有传统CTIA结构的优点,还能克服常规的CTIA结构复杂、功耗过高的缺点。在低温模型的仿真环境下,进行了前仿真和提取版图寄生参数的后仿真。基于CSMC-6S05DPTM 0.5μm工艺流片,CTIA读出电路芯片的测试结果与仿真结果基本一致,输出信号电压范围达到2.5 V,单元功耗小于1.0μW。

CTIA型读出电路的噪声抑制

分析和讨论了红外焦平面阵列CMOS读出电路中几种常见的噪声及其抑制技术,对电容反馈互导放大器(CTIA)型红外焦平面读出电路,给出了噪声抑制的仿真结果。

基于CTIA的微弱信号放大电路研究

获得尽可能大的放大倍数与运放饱和输出导致信号失真的矛盾,制约着微弱信号放大调理电路的整体性能。由于水听器及其他产生微弱信号的传感器的一致性原因,其输出信号的微小偏移可能导致放大电路的饱和失真。如果不能很好地解决该问题,数据采集系统将不得不以降低电路放大倍数为代价以获得不失真数据。介绍了一种信号输出直流偏置不依赖于前端输入直流偏置的CTIA型积分放大与采样保持电路。理论上,配合嵌入式系统提供的时序控制与偏置反馈功能,该电路可以很好地解决由于水听器输出一致性原因导致的信号失真问题,保证了电路的放大倍数的需求。

GaN基紫外探测器读出电路注入效率

读出电路的注入效率是决定紫外焦平面探测器性能的重要因素。基于Ga N基p-i-n结构日盲紫外探测器以及CTIA结构读出电路的等效模型,对探测器信号读出的电荷注入效率进行了分析,得到了注入效率的表达式。分析了注入效率与积分时间、探测器等效电阻、探测器等效结电容、CTIA电路中运算放大器增益的依赖关系,并指出了放大器增益是有效影响注入效率的重要可控因素之一,可以用提高增益的方法获得更大的注入效率。设计了几种不同增益的运算放大器电路,并分别构成CTIA结构读出电路。采用GF 0.35μm 2P4M标准CMOS工艺设计电路版图并进行流片。将紫外探测器分别连接至具有不同放大器增益的CTIA读出电路并进行测试,通过对比注入效率的理论分析结果与实际测试结果,可以得知,注入效率的理论分析与实验结果吻合较好。

GaAs/InGaAs量子点-量子阱光电二极管的光存储特性读出

通过对特殊设计的GaAs/InGaAs量子点-量子阱光电二极管的I-V和C-V特性测试,验证了器件的光子存储特性,在器件的读出设计中引入了特殊设计的带倒空信号的基于电容反馈互导放大器和相关双采样(CTIA-CDS)型读出电路。在633 nm辐照下,分别改变照度和积分时间进行了非倒空和倒空测试的对比研究,并计算给出了对应的存储电荷变化量,进一步证明了光电器件的光子存储特性。

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%。