一种具有2×2像元合并功能的红外读出电路设计

介绍了一种具有2×2像元合并功能的红外读出电路(10 μm中心间距)。该电路兼具高分辨率和高帧频的特点,可以满足远距离搜索和近距离跟踪识别两种应用模式下的需求。像元合并前,读出电路的阵列规格为1280×1024,像元中心距为10 μm,空间分辨率高,可用于近距离跟踪识别模式。像元合并后,阵列规格变为640×512,像元中心距变为20 μm,灵敏度高,可用于远距离搜索模式。此外,这种电路采用串口输入控制方式,具有积分后读出(Integrate Then Read, ITR)/积分同时读出(Integrate While Read, IWR)工作模式切换、4/8通道可选、翻转和功耗控制等功能。本电路采用GF 0.18 μm工艺进行设计。仿真结果表明,在像元合并后,读出电路可达到的最大帧频变为原来的2倍。     

1280 × 1024，10 μm数字红外焦平面读出电路设计（特邀）

焦平面红外探测器的数字读出是其发展的一个重要方向,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诸多优势。数字红外焦平面探测器的核心在于数字读出电路。文中详细介绍了1280 × 1024, 10 μm数字焦平面读出电路的设计和实现。通过对读出电路的测试得到其噪声为157 μV,在50 Hz帧频下功耗为165 mW,列级固定图案噪声为0.1%。所设计的数字读出电路与短波红外探测器成功实现了倒装焊互连并完成了成像,所成图像清晰、细节丰富。测试结果和探测器成像效果表明,所设计的数字读出电路具有低噪声、高传输带宽、高抗干扰性等特点,有助于提升红外焦平面探测器的各项性能。     

大电荷处理能力红外探测器读出电路像素设计

读出电路将红外探测器二极管激发产生的光电子收集、积分成为电压信号并按序读出,使其变成后端系统可读的电信号,是红外焦平面探测器的重要组成部分。电荷处理能力作为衡量读出电路的一项重要指标,探测器的性能以及某些应用条件下要求读出电路具有大的电荷处理能力,本文介绍一种具备大电荷处理能力的模拟读出电路像素级设计,在15μm像元间距内最大积分电容达到832 fF,最大电荷处理能达到10.92 Me-,且具备良好的线性度。     

红外焦平面阵列读出电路设计

介绍了红外焦平面读出电路的设计和其工作原理.采用0.5 μm CMOS工艺制作该电路,并对其性能进行了分析.给出了仿真波形及实测结果.     

一个128×128CMOS快照模式焦平面读出电路设计

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-injection Charge Amplifier)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C_bus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1.2μm双硅双铝(DPDM-Double-Poly Double-Metal)标准CMOS工艺设计了一个128×128规模焦平面读出电路试验芯片,其像素尺寸为50×50μm²,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.     

9级时间延迟积分CMOS读出电路

报道一种能够实现时间延迟积分(TDI)功能的单元CMOS读出电路,具有戽链器件(BBD)结构,其输入级为电容反馈互阻抗放大器(CTIA).介绍了读出电路的设计,并对该电路进行了功能仿真和流片验证.该芯片采用0.6 μm双层多晶硅双层金属CMOS工艺.测试结果表明,在常温下,本电路能够实现9级TDI功能,电荷处理能力为2.5 pC,工作电压5 V.最后讨论了电路存在的一些问题以及下一步努力的方向.     

320×256大电荷容量的长波红外读出电路结构设计

长波红外探测器存在暗电流大、背景高的特点,需要设计大电荷容量的读出电路。采用分时共享积分电容的电路结构,在面阵焦平面的有限单元面积中设计了一种高读出效率、大电荷容量的320256长波红外焦平面读出电路。电路输入级采用电容反馈跨阻放大器（CTIA）结构,具有注入效率高、噪声低、线性度好的特点。基于CSMC 0.35 m标准CMOS工艺模型进行了模拟仿真以及版图设计完成后的后端仿真,电路输出电压范围大于2 V,非线性小于1%,帧频为100 f/s,采用分时共享积分电容电路结构后,像元有效电荷容量达到57.5 Me-/像元。     

320×240元非制冷红外焦平面阵列读出电路

采用1.2 μm DPDM n阱CMOS工艺设计并研制成功320×240热释电非制冷红外焦平面探测器读出电路.该读出电路中心距为50 μm,功耗小于50 mW,主要由X、Y移位寄存器、列放大器、相关双采样电路等构成,采用帧积分工作方式.经测试,研制的读出电路性能指标达到设计要求.给出了单元读出电路的电路结构、工作过程和参数测试结果.采用该读出电路和热释电红外探测阵列互联后,获得了良好的红外热像.     

基于15位像素级模数转换器的640×512规格中波红外成像用48 mW数字读出电路

提出了一种用于中波红外成像的基于15位像素级单斜率模数转换器的低功耗数字读出电路。像素级模数转换器采用一种新型功耗自适应的脉冲输出型比较器,只有当斜坡电压信号接近积分电压时,比较器才产生功耗。此外,比较器输出脉冲信号,降低了15位量化结果存储器上消耗的动态功耗。该存储器采用三管动态结构,仅占约54 μm²面积,以满足15 μm像素中心距的面积约束。量化结果以电流模式读出到列级,避免相邻列总线间的电压串扰。基于0.18 μm CMOS工艺,采用该结构,设计并制造了640×512 规格的数字读出电路。测试结果表明,在120 Hz的帧频下,功耗仅为48 mW,总积分电容为740 fF,电荷处理能力为8.8 Me^-。在满阱状态,等效到积分电容的噪声电压为116 μV,峰值信噪比为84 dB。     

一种0.6 V CMOS基准电压源的设计

基于低压技术,利用亚阈值区MOS管代替寄生BJT管,设计了一种工作在低电源电压下的基准电压源,并对基准电压进行了温度补偿。采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺对电路进行了设计和仿真。仿真结果显示:电路正常工作的最低电源电压为0.6 V,当电源在0.6~2.0 V范围内变化,基准输出电压仅变化了1.75 mV;在0.6 V电源电压下,－20 ℃~125 ℃温度范围内,温度系数为2.8×10－5/℃,电源抑制比为52.47 dB@10 kHz,整个电路的功耗仅为12 μW。