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%。

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。

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。

数字红外焦平面探测器(特邀)

相比传统的模拟红外焦平面探测器,数字红外焦平面探测器具有很多技术优势,是红外焦平面探测器技术的重要发展方向。首先,介绍了数字红外焦平面探测器国内外的研发现状,从信号处理以及应用的角度分析了模拟红外焦平面探测器与数字红外焦平面探测器的区别与特点;然后,又详细介绍了列级ADC数字读出集成电路以及数字像元读出集成电路的架构及具体电路模块,分析了数字读出集成电路的各模块电路及与性能的关系,并展望了数字读出集成电路的技术发展趋势。随着红外焦平面探测器向大面阵、小像元及高性能发展,对数字读出集成电路也提出更高的技术要求。通过读出集成电路架构以及模块电路的技术提升,列级ADC数字读出集成电路将普遍应用于大面阵、小像元红外焦平面探测器,而数字像元读出集成电路将普遍应用于长波红外焦平面探测器。

向数字化发展的红外焦平面列阵

在过去数年里,红外焦平面列阵(FPA)取得了显著进步,近来的研发重点已经集中到硅读出集成电路(ROIC)上,帧频增加、引入新型的信号处理功能是该领域的重要进展。因为优于具有模拟信号输出的探测器,具有数字信号输出的FPA备受关注。数模转换器(ADC)在芯片上的实现是数字FPA的基础,片上ADC有三种结构,即芯片级ADC、列级ADC和像元级ADC。主要通过对部分有关英语文献资料的归纳分析,介绍了数字化FPA的发展动向和趋势。

无线无源谐振式传感器读取单元的设计与研究

基于LC谐振传感器的互感耦合原理,研究并设计了一种基于ASIC的专用模拟集成电路测试模块的新颖读取单元。论述了无线无源LC谐振传感部分频率读取方法的理论模型,介绍了利用该模块产生扫频信号的电路结构,并详细阐述了数字化存储与PC后处理结合的测试方法。实验结果表明,传感器与读取天线的耦合距离为2.5 cm时,在0~0.3 MPa的压力范围内,使用该读取单元测得的传感器谐振频率与阻抗分析仪读取的数据表现出良好的一致性,最大相对误差为5.36%。该读取单元为无线无源LC谐振传感器应用于实验室以外的实际工程环境提供了可能。

高帧频384×288长波数字红外焦平面探测器

高帧频红外焦平面探测器在红外武器系统、光谱成像和高速测温中有着重要应用。目前,我国高帧频红外焦平面技术还比较落后,这严重制约着我国高端红外武器装备、光谱成像技术、高速测温仪器的发展。针对高帧频红外成像应用,设计并流片加工了一款384×288面阵、像元间距为25μm的数字读出电路,与长波HgCdTe红外探测器芯片进行倒装互连,形成混合探测器芯片,并封装于金属真空杜瓦中,再配置斯特林制冷机,成功研制出了高帧频384×288长波数字红外探测器组件。经测试,所研制器件最高帧频达到1012 Hz,噪声等效温差(NETD)为16.8 mK,动态范围达到95.2 dB。采用所研制器件成功捕捉到了打火机点火瞬间的红外图像,该图像清晰呈现了火焰产生、迸出的过程,获得了良好的成像效果。