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激光3维成像线性焦平面探测器读出电路研究进展
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作者 李雨欣 李潇 +2 位作者 杨赟秀 郑博仁 刘永 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期726-733,共8页
激光焦平面探测器是一种新型的光电成像器件,它利用半导体内部载流子的雪崩倍增效应实现高速、高灵敏度、纳秒级时间分辨探测,用于凝视型激光3维成像系统。探测器主要分为线性和盖革两大类,其中线性模式探测器具有响应速度快、无死时间... 激光焦平面探测器是一种新型的光电成像器件,它利用半导体内部载流子的雪崩倍增效应实现高速、高灵敏度、纳秒级时间分辨探测,用于凝视型激光3维成像系统。探测器主要分为线性和盖革两大类,其中线性模式探测器具有响应速度快、无死时间和后脉冲、可实现单脉冲瞬时成像等优点。首先介绍了在不同应用场景下,线性模式焦平面读出电路的两种架构并简述其原理,然后阐述像素单元的关键电路模块,比较了其优缺点,最后分析了两种减小行走误差的双阈值时刻鉴别方法。为相关领域的研究者提供了一些有益的参考和借鉴。 展开更多
关键词 探测器 线性模式焦平面读出电路 3维成像 光子飞行时间
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消除CDS折叠效应的增益自适应红外焦平面读出电路
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作者 吴双 张健怡 +1 位作者 陈洪雷 丁瑞军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期83-94,共12页
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... 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。 展开更多
关键词 红外焦平面读出电路 增益自适应 抗折叠CDS CTIA 高动态范围 低噪声
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New CMOS readout circuit with background suppression and CDS for infrared focal plane array applications 被引量:2
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作者 李辛毅 赵毅强 姚素英 《Optoelectronics Letters》 EI 2009年第2期108-111,共4页
A high injection, large dynamic range, stable detector bias, small area and low power consumption CMOS readout circuit with background current suppression and correlated double sampling (CDS) for a high-resolution inf... A high injection, large dynamic range, stable detector bias, small area and low power consumption CMOS readout circuit with background current suppression and correlated double sampling (CDS) for a high-resolution infrared focal plane array applications is proposed. The detector bias error in this structure is less than 0.1 mV. The input resistance is ideally zero, which is important to obtain high injection efficiency. Unit-cell occupies 10 μm × 15 μm area and consumes less than 0.4 mW power. Charge storag... 展开更多
关键词 Cell membranes FOCUSING Infrared detectors
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边积分边读出低噪声红外焦平面读出电路研究 被引量:11
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作者 黄张成 黄松垒 +2 位作者 张伟 陈郁 方家熊 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期297-300,304,共5页
设计了一款低噪声InGaAs焦平面读出电路.提出一种新型相关双采样电路结构,可在边积分边读出模式下有效抑制积分电容(0.15 pF)的KTC噪声.电路经0.5μm 5 V Nwell CMOS工艺流片,测试结果符合设计目标,在高帧频边积分边读出模式下工作状态... 设计了一款低噪声InGaAs焦平面读出电路.提出一种新型相关双采样电路结构,可在边积分边读出模式下有效抑制积分电容(0.15 pF)的KTC噪声.电路经0.5μm 5 V Nwell CMOS工艺流片,测试结果符合设计目标,在高帧频边积分边读出模式下工作状态良好,电路噪声约1.7×10-4 V,动态范围大于80 dB. 展开更多
关键词 红外焦平面 读出电路 边积分边读出 相关双采样
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基于AlGaN/GaN场效应晶体管的太赫兹焦平面成像传感器 被引量:12
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作者 罗木昌 孙建东 +9 位作者 张志鹏 李想 申志辉 王颖 陈红兵 董绪丰 张金峰 陈扬 周建勇 秦华 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期234-239,共6页
太赫兹波成像技术在人体安检、医学成像、无损检测等领域具有广泛的应用前景。文中面向高速、高灵敏度和便携式太赫兹成像应用需求,设计实现了一种基于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管自混频检测机制的太赫兹焦平面成像传感器。该焦平面成... 太赫兹波成像技术在人体安检、医学成像、无损检测等领域具有广泛的应用前景。文中面向高速、高灵敏度和便携式太赫兹成像应用需求,设计实现了一种基于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管自混频检测机制的太赫兹焦平面成像传感器。该焦平面成像传感器由探测器阵列芯片和CMOS读出电路通过倒装互连实现,阵列规模达到32×32。探测器阵列中具有对管差分功能的像元设计通过提高探测器的电压响应度和抑制共模电压噪声,提高了焦平面成像的灵敏度。焦平面成像传感器的输出模拟信号通过片外的模数转换(ADC)芯片转化为数字信号,由现场可编程门阵列(FPGA)采集后通过Camera Link图像数据与通信接口发送到计算机。利用该焦平面成像传感器,演示实现了太赫兹光斑、太赫兹干涉环和太赫兹光照下的旋转塑料叶片的视频成像,帧频达到30 Hz。 展开更多
关键词 太赫兹自混频探测器 高电子迁移率晶体管 CMOS读出电路 焦平面成像
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基于不同作用体制下的非扫描激光成像雷达探测技术 被引量:5
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作者 陈慧敏 栗苹 +2 位作者 李昆 孙建强 郭渭荣 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2007年第z1期487-490,共4页
激光成像雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物,在军事上有着广泛的应用前景。非扫描激光成像雷达是近年来出现的新型雷达,因没有机械扫描装置,具有高帧频率、宽视场、高可靠性的特点。本文对基于相位法的非扫描激光成像雷达、基于多... 激光成像雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物,在军事上有着广泛的应用前景。非扫描激光成像雷达是近年来出现的新型雷达,因没有机械扫描装置,具有高帧频率、宽视场、高可靠性的特点。本文对基于相位法的非扫描激光成像雷达、基于多狭缝条纹管的非扫描激光成像雷达、基于阵列的非扫描激光成像雷达的原理、特点进行了分析,指出了每种体制的局限性,为应用具体背景下的非扫描激光成像雷达体制的选择提供了一定的参考价值。 展开更多
关键词 非扫描成像雷达 多狭缝条纹管成像雷达 闪光雷达 焦平面阵列 读出集成电路
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红外焦平面探测器数字读出电路研究 被引量:17
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作者 刘传明 姚立斌 《红外技术》 CSCD 北大核心 2012年第3期125-133,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 红外焦平面探测器读出电路 模拟-数字转换器 数字读出 数字积分
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64×64元InSb红外焦平面读出电路研制进展 被引量:2
8
作者 梁平治 江美玲 +2 位作者 张学敏 丁瑞军 唐红蓝 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2002年第5期424-427,共4页
研制了用于 6 4× 6 4元InSb红外焦平面的几种读出电路。ISM 6 4× 6 4- 2型电路是采用直接注入模式 ,行积分工作的读出电路。ISM 6 4× 6 4- 3型电路仍然采用直接注入读出模式 ,行积分工作 ,但是增加了一级采样保持电路。I... 研制了用于 6 4× 6 4元InSb红外焦平面的几种读出电路。ISM 6 4× 6 4- 2型电路是采用直接注入模式 ,行积分工作的读出电路。ISM 6 4× 6 4- 3型电路仍然采用直接注入读出模式 ,行积分工作 ,但是增加了一级采样保持电路。ISM 6 4× 6 4- 4型电路采用直接注入模式 ,帧积分工作 ,因而可大大提高信噪比。描述了 2、3和 4型电路的结构 ,工作原理及版图设计特点 ,电路的制造工艺、测试方法及其主要性能。 展开更多
关键词 INSB 红外焦平面阵列 读出电路 直接注入 行积分 帧积分 ISM64×64系列电路 红外探测
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混合式IRFPA读出电路参数测试系统 被引量:9
9
作者 程瑶 袁祥辉 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2006年第2期249-252,共4页
读出电路是红外焦平面阵列(IRFPA)的关键组成部分之一。它的质量直接影响到IRFPA的质量,因此读出电路参数的测试非常重要。本系统采用信号模仿的方法,对IRFPA读出电路注入电信号,调节电信号即可模拟不同的测试条件,利用读出电路的输出... 读出电路是红外焦平面阵列(IRFPA)的关键组成部分之一。它的质量直接影响到IRFPA的质量,因此读出电路参数的测试非常重要。本系统采用信号模仿的方法,对IRFPA读出电路注入电信号,调节电信号即可模拟不同的测试条件,利用读出电路的输出就可测试其主要参数的技术指标。系统采用虚拟仪器系统的精密数据采集卡(DAQ)和用于数据处理的软件(LabVIEW)来构建出混合式IRPFA读出电路参数测试系统。采集卡对读出电路输出信号进行采集,并利用软件的运算功能模块对采集的数据进行统计运算,就可定量得到各项参数指标,从而判断读出电路性能的好坏。采用本系统对128×128元读出电路进行测试,实验结果表明了系统的可行性,测试结果可以反映读出电路的质量。 展开更多
关键词 红外焦平面阵列 读出电路 参数测试 虚拟仪器
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非致冷微测热辐射计阵列的设计 被引量:4
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作者 汪涛 贾功贤 袁祥辉 《半导体光电》 CAS CSCD 北大核心 2001年第2期78-81,共4页
非致冷微测热辐射计焦平面阵列技术在国内已成为研究热点。介绍了微测热辐射计的原理并对其作了简化的计算分析 ,给出了微测热辐射计的结构、材料。
关键词 微测热辐射计 红外焦平面阵列 非致冷 红外探测器
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一个128×128 CMOS快照模式焦平面读出电路设计 被引量:2
11
作者 陈中建 李晓勇 +2 位作者 喻松林 韩建忠 吉利久 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第11期1454-1457,共4页
本文介绍了一个工作于快照模式的CMOS焦平面读出电路新结构———DCA(Direct injectionChargeAmpli fier)结构 .该结构像素电路仅用 4个MOS管 ,采用特殊的版图设计并用PMOS管做复位管 ,既可保证像素内存储电容足够大 ,又可避免复位电压... 本文介绍了一个工作于快照模式的CMOS焦平面读出电路新结构———DCA(Direct injectionChargeAmpli fier)结构 .该结构像素电路仅用 4个MOS管 ,采用特殊的版图设计并用PMOS管做复位管 ,既可保证像素内存储电容足够大 ,又可避免复位电压的阈值损失 ,从而提高了读出电路的电荷处理能力 .由于像素电路非常简单 ,且该结构能有效消除列线寄生电容Cbus的影响 ,因此该结构非常适用于小像素、大规模的焦平面读出电路 .采用DCA结构和 1 2 μm双硅双铝 (DPDM Double PolyDouble Metal)标准CMOS工艺设计了一个 12 8× 12 8规模焦平面读出电路试验芯片 ,其像素尺寸为 5 0× 5 0 μm2 ,电荷处理能力达 11 2pC .本文详细介绍了该读出电路的体系结构、像素电路、探测器模型和工作时序 ,并给出了精确的HSPICE仿真结果和试验芯片测试结果 . 展开更多
关键词 快照模式 焦平面 读出电路 电子成像系统 CMOS电路
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抑制背景电流的红外焦平面单元读出电路 被引量:2
12
作者 潘银松 宋晓亮 +1 位作者 何晓龙 麻银金 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期315-319,共5页
随着非制冷红外焦平面阵列技术的发展,红外读出电路的设计变得越来越重要。设计了一种带有背景电流抑制功能的红外焦平面单元读出电路,该读出电路在改进后的第一代开关电流电路的基础上实现背景电流抑制功能。详细阐述了该系统电路的整... 随着非制冷红外焦平面阵列技术的发展,红外读出电路的设计变得越来越重要。设计了一种带有背景电流抑制功能的红外焦平面单元读出电路,该读出电路在改进后的第一代开关电流电路的基础上实现背景电流抑制功能。详细阐述了该系统电路的整体架构和工作原理,并用Spectre仿真软件实现了电路的仿真。结果表明该方案可以抑制背景电流,实现红外读出功能。 展开更多
关键词 非制冷红外焦平面阵列 读出电路 背景电流 开关电流电路 相关双采样
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320×256阵列红外焦平面读出电路的设计 被引量:3
13
作者 夏晓娟 刘琦 +2 位作者 关钰 张杰 孙伟锋 《航空兵器》 2017年第3期65-68,共4页
提出一种320×256阵列红外焦平面读出电路,采用直接注入模式,具有多路输出、读出顺序可选等功能。具体设计了各个模块电路,并采用chartered 0.35μm工艺进行流片设计。实测结果表明所设计芯片输出摆幅为3.24 V,输出电压线性度为97.1... 提出一种320×256阵列红外焦平面读出电路,采用直接注入模式,具有多路输出、读出顺序可选等功能。具体设计了各个模块电路,并采用chartered 0.35μm工艺进行流片设计。实测结果表明所设计芯片输出摆幅为3.24 V,输出电压线性度为97.15%,功耗为32 m W,具有丰富的读出功能。 展开更多
关键词 红外焦平面阵列 读出电路 直接注入 低功耗
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红外焦平面CMOS读出电路TDI功能的测试方法研究 被引量:1
14
作者 陈中建 鲁文高 +2 位作者 唐矩 张雅聪 吉利久 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期342-345,400,共5页
给出了一种新颖的红外焦平面CMOS读出电路TDI功能的测试方法.该方法通过在电测试MOS场效应晶体管栅极施加不同波形的方波激励信号,观察输出电压波形的对应变化,验证TDI功能的信号延迟和累加操作是否正确.应用该方法实际测试了一款TDI型... 给出了一种新颖的红外焦平面CMOS读出电路TDI功能的测试方法.该方法通过在电测试MOS场效应晶体管栅极施加不同波形的方波激励信号,观察输出电压波形的对应变化,验证TDI功能的信号延迟和累加操作是否正确.应用该方法实际测试了一款TDI型红外焦平面CMOS读出电路,各种激励模式下测试得到的输出波形均与预计的理想输出波形吻合,证明该测试方法可行,且简单、直观、有普适性. 展开更多
关键词 时间延迟积分 测试方法 读出电路 红外焦平面
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低功耗64×64CMOS快照模式焦平面读出电路新结构 被引量:1
15
作者 陈中建 李晓勇 +2 位作者 吉利久 韩建忠 喻松林 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第11期1450-1457,共8页
介绍了一个工作于快照模式的 CMOS焦平面读出电路的低功耗新结构— OESCA (Odd- Even SnapshotCharge Am plifier)结构 .该结构像素电路非常简单 ,仅用三个 NMOS管 ;采用两个低功耗设计的电荷放大器做列读出电路 ,分别用于奇偶行的读出 ... 介绍了一个工作于快照模式的 CMOS焦平面读出电路的低功耗新结构— OESCA (Odd- Even SnapshotCharge Am plifier)结构 .该结构像素电路非常简单 ,仅用三个 NMOS管 ;采用两个低功耗设计的电荷放大器做列读出电路 ,分别用于奇偶行的读出 ,不但可有效消除列线寄生电容的影响 ,而且列读出电路的功耗可降低 15 % ,因此 OESCA新结构特别适于要求低功耗设计的大规模、小像素阵列焦平面读出电路 .采用 OESCA结构和 1.2μm双硅双铝标准 CMOS工艺设计了一个 6 4× 6 4规模焦平面读出电路实验芯片 ,其像素尺寸为 5 0μm× 5 0μm ,读出电路的电荷处理能力达 10 .37p C.详细介绍了该读出电路的体系结构、像素电路、探测器模型和工作时序 ,并给出了精确的 展开更多
关键词 快照模式 焦平面 读出电路 低功耗设计 电子成像系统
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红外焦平面读出电路辐射特性研究 被引量:1
16
作者 林加木 丁瑞军 +2 位作者 陈洪雷 沈晓 刘非 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2009年第8期868-871,共4页
红外焦平面阵列在宇宙空间中使用时,受到各种辐射导致性能退化甚至功能失效。作为红外焦平面阵列的重要组成部分,CMOS读出电路受到各种辐射主要体现为电离辐射效应。通过对红外焦平面CMOS读出电路进行空间模拟辐射实验后,测试读出电路... 红外焦平面阵列在宇宙空间中使用时,受到各种辐射导致性能退化甚至功能失效。作为红外焦平面阵列的重要组成部分,CMOS读出电路受到各种辐射主要体现为电离辐射效应。通过对红外焦平面CMOS读出电路进行空间模拟辐射实验后,测试读出电路的功能以及性能参数,研究了辐射对读出电路的影响。实验结果为红外焦平面CMOS读出电路的抗辐射设计提供了参考依据。 展开更多
关键词 红外焦平面 读出电路 辐射效应
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数字红外焦平面探测器(特邀) 被引量:2
17
作者 姚立斌 陈楠 +4 位作者 胡窦明 王英 毛文彪 钟昇佑 张济清 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期90-100,共11页
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... 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。 展开更多
关键词 数字红外焦平面探测器 数字读出集成电路 列级ADC数字读出集成电路 数字像元读出集成电路
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640×512焦平面读出电路设计 被引量:1
18
作者 李毅强 刘昌举 祝晓笑 《半导体光电》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期777-781,共5页
介绍了640×512电容反馈跨阻放大器(CTIA)型焦平面读出电路的设计,包含模拟电路与数字模块设计。分析了CTIA采样单元的设计,折中优化了采样单元的面积、噪声、增益等因素,同时优化了采样单元控制电路,最大限度地提高了对采样单元阵... 介绍了640×512电容反馈跨阻放大器(CTIA)型焦平面读出电路的设计,包含模拟电路与数字模块设计。分析了CTIA采样单元的设计,折中优化了采样单元的面积、噪声、增益等因素,同时优化了采样单元控制电路,最大限度地提高了对采样单元阵列的驱动能力;数字控制部分着重分析了对行选、列选、翻转读出、随机开窗、隔行扫描、多路选择输出等功能的实现方式。设计基于0.5μm DPTM工艺进行仿真验证,采样单元面积为25μm×25μm,工作频率为5MHz,芯片面积为18.1mm×17.4mm,输出摆幅大于2.5V,动态范围大于70dB。 展开更多
关键词 焦平面 读出电路 电容反馈跨阻放大器 隔行扫描 随机开窗
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一种红外焦平面数控偏置电压电路的实现 被引量:1
19
作者 甘文祥 丁瑞军 《半导体光电》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期30-33,共4页
提出了用级联权电容网络电荷定标产生偏置电压的方法,采用EDA软件Cadence设计了一个10 bit串行数字输入、四通道稳定模拟电压输出的数模转换电路,并流片验证。测试结果表明电路实现了数模转换功能,各项参数基本达到设计要求。以上研究... 提出了用级联权电容网络电荷定标产生偏置电压的方法,采用EDA软件Cadence设计了一个10 bit串行数字输入、四通道稳定模拟电压输出的数模转换电路,并流片验证。测试结果表明电路实现了数模转换功能,各项参数基本达到设计要求。以上研究证实了这种可集成在红外焦平面读出电路上的偏置电压产生电路是可行的,为下一步直接设计并制造包含偏置电压产生电路的焦平面读出电路芯片打下了坚实的基础。 展开更多
关键词 红外焦平面 读出电路 数模转换 偏置电压 级联权电容
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320×256红外焦平面阵列读出电路的设计 被引量:2
20
作者 夏晓娟 张洪俞 《南京邮电大学学报(自然科学版)》 北大核心 2012年第2期103-108,共6页
提出了一种320×256红外焦平面阵列读出电路的原理及电路设计,采用直接注入的单元电路,在给定的单元面积内可以获得较大的积分电容。相关的320×256阵列读出电路已经在0.5μm双层多晶三层铝N阱CMOS工艺线上实现,整体芯片的面积... 提出了一种320×256红外焦平面阵列读出电路的原理及电路设计,采用直接注入的单元电路,在给定的单元面积内可以获得较大的积分电容。相关的320×256阵列读出电路已经在0.5μm双层多晶三层铝N阱CMOS工艺线上实现,整体芯片的面积为9.0 mm×11.2 mm。实测结果表明芯片在常温和低温77 K时都工作正常,工作频率大于5 MHz,整电路的功耗为48 mW左右,动态范围是75 dB,噪声电压为0.5 mV。 展开更多
关键词 读出电路 红外焦平面 直接注入 像素单元
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