一种长波红外光导探测器CMOS电路设计

CMOS 电路是高输入阻抗,而长波红外光导探测器是低阻抗,实现低阻抗红外光导探测器与CMOS 电路的良好匹配,是目前长波红外探测器高性能成像的关键技术。文中设计了一种能在低温下工作的低阻抗红外光导探测器CMOS 电路,差分放大器采用正负电源供电,在输入级采用桥式输入方式,该电路第一级采用1M的负反馈电阻实现信号放大,第二级放大采用正端放大方式,输入级、第一级放大、第二级放大均采用直接耦合方式。测试结果表明,该放大器与长波红外低输入阻抗光导探测器连接后能正常工作,总放大倍数大于1 万倍,3 dB 带宽大于4 kHz,等效输入电压噪声小于1.5 V,有效地解决了低阻抗光导探测器与高阻CMOS 电路的匹配问题。     

混合式红外焦平面阵列

本文介绍研制混合式红外焦平面阵列方面的新成果,注意力集中在利用与电荷耦合器件(CCD)多路传输器源耦合的背照射InAsSb和HgCdTe光伏探测器的混合式焦平面阵列。用实验论证了输入电路,电荷撇取和电荷分配的背景抑制能力。介绍了有关均匀性方面的数据以及MOS场效应晶体管(MOSFET)输入的阈电压与温度的关系,此关系与理论上的计算值很一致。本文还讨论了与混合式红外焦平面阵列有关的几种噪声问题。对有反馈放大器的源耦合输入电路的噪声进行了分析,结果表明:虽然增加了两个新的噪声源,但是此电路工作的噪声能比单一源耦合输入电路的噪声更小。为了进一步了解焦平面的工作,已经制作了一个与实验数据极一致的噪声性能模型。最后,讨论了混合式焦平面阵列的性能。     

红外焦平面探测器的输入电路性能分析

在混合式红外焦平面阵列中，探测器和读出电路之间的耦合是通过输入电路完成的。本文论述了输入电路在焦平面传输中的作用，分析了焦平面输入电路的性能，讨论了焦平面输入电路对红外焦平面阵列探测器设计的影响。     

无损检测系统中小信号放大器的研究与设计

本文介绍了一个小信号输入放大器的设计过程和方法.电路采用集成运算放大器,设计了具有性能稳定、可靠性高、噪声低、电压增益高、输入阻抗高和输出阻抗低的多级直接耦合放大器.从最终设计的PCB板电路测试中得到,电路性能指标完全满足设计要求.     

50K场效应晶体管放大器

<正> 随着GaAs MESFET噪声性能的改善,低噪声FET放大器的性能也大幅度提高。目前,4GHz频段、60—70K低噪声FET放大器已商品化,主要的研究方向是进一步改善放大器的噪声性能。 除了对放大器本身进行精心设计外,由于FET的噪声系数随其工作温度的降低而减小,所以采用热电制冷技术可获得比常温下更佳的噪声性能。 在低噪声FET放大器电路中,前级输入匹配电路是放大器电路设计的关键。当然,作为一个多级FET放大器,必须对输入级进行最小噪声量度匹配调试。三级FET放大器采用单电源馈电方式。为减小级间电路的损耗,级间耦合采用了直接耦合,并对级间的输入输出进行了直接匹配连接。     

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GaN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 0.35 m 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。     

超高增益低噪声红外焦平面读出电路研究

高增益探测对InGaAs焦平面探测器在微光夜视条件下成像有重要意义。设计了一款InGaAs焦平面用的高增益低噪声64×64元读出电路。读出电路输入级采用CTIA模式(电容负反馈放大),通过计算发现输入级运算放大器热噪声是主要噪声源,采用单端替代差分运放将输入级噪声降低26%。同时,研究积分电容和增益、满阱容量、噪声的关系,将积分电容降低到1 fF,实现了超高增益和低噪声探测。读出电路采用0.18mm工艺设计,像元中心距为30mm。经过PEX(寄生参数提取)参数提取,实际积分电容为0.94 fF,经过测试芯片整体功耗低至24.1 m W,电路噪声电子数为4.37e。     

BDI 型甚长波IRFPA 读出电路研究与设计

针对甚长波红外（VLWIR）探测器动态结阻抗过低、暗电流较大,且工作在高背景环境下等特点,设计了一种具有记忆功能背景抑制的3232甚长波红外焦平面（IRFPA）读出电路。该电路采用基于高增益负反馈运放的缓冲直接注入级（BDI）结构作为输入级,大幅降低了输入阻抗,提高了注入效率,并使探测器处于稳定偏压状态。同时,该电路采用具有记忆功能的背景抑制电路,有效提高了积分时间和红外焦平面的信噪比（SNR）,改善了动态范围和对比度。基于HHNECCZ6H0.35m1P4M标准CMOS工艺,完成了电路的流片制造。实测结果表明:50K低温下电路功能正常,输出范围大于2V,读出速率达到2.5MHz,RMS噪声小于0.3mV,线性度优于99%,功耗小于100mW。     

320×256中/长波双色IRFPAs读出电路设计

中波与长波探测器的光电流及动态输出阻抗存在数量级的差别。为满足积分时间及读出信号信噪比的要求,采用像元间多电容共享的方案,设计了一种高集成度的320256双色红外焦平面读出电路。该电路选用直接注入(DI)结构作为中波输入级,而长波输入级则选用了缓冲注入(BDI)结构。其缓冲放大器采用单边结构,具有高增益、低功耗、低噪声的特点,降低了输入阻抗,提高了注入效率。基于HHNEC 0.35 m 2P4M标准CMOS工艺,完成了芯片的设计与制造。经测试,引入电容共享方案后其有效电荷容量达到70 Me-/像元,电路各项功能正常,在光照条件下,芯片呈现出高的灵敏性。在2.5 MHz读出速率下,中波及长波输出电压范围均大于2 V,非线性小于1%。在100 f/s帧频下,整体功耗小于170 mW。     

背景暗电流抑制的红外探测器读出电路输入级设计

主要研究红外探测器读出电路的输入级设计,针对短波红外信号,电容反馈互导放大器型(CTIA)读出电路具有高注入效率的特点.本文设计了一种带有背景暗电流抑制的CTIA型读出电路输入级结构,该结构在77 K低温环境,大于300μs的长积分时间工作.探测器接收短波小信号,注入电流0～800 pA,与传统的CTIA型读出电路输入...     

瞬变光探测系统前置放大电路的设计

光电探测器前置放大电路设计的好坏会直接影响整个检测系统的信噪比.为了提高对微弱光信号的检测精度,使用低噪声光电二极管和运算放大器,并选择光电二极管工作在光伏模式,设计出了光电探测器的低噪声前置放大电路.通过采用超前校正方法对由光电二极管结电容及运算放大器输入电容引起的相移进行补偿,克服了光电二极管寄生参数引起的转换电路...     

一款JFET低噪声前置放大器的设计

在对级联网络及结型场效应管的噪声分析基础上,采用结型场效应管等分立元件设计了一款低噪声前置放大器实用电路。并对其幅频特性、输入阻抗和等效输入噪声进行了测量,结果表明其输入阻抗高达71Mn。等效输入噪声电压为0．7nV／√Hz,是一种适合于较高内阻传感器的较理想的低噪声前置放大器电路。     

HgCdTe光导探测器的一种恒流偏置低噪声放大电路的设计

在多元光导探测器的工程应用中,串音是影响系统性能的一个重要因素。其中,由公共地线电阻引入的电子学串音可以通过提高偏置电阻来抑制。本文从HgCdTe光导探测器的工作特性出发,设计了等效内阻很高的恒流偏置低噪声前置放大电路。对电路的工作原理和噪声性能进行了分析和讨论,给出了电路的噪声模型,导出了电路的等效输入噪声表达式,并进行了电路实现和低噪声性能测试。     

用于APD激光探测的电荷灵敏前置放大器设计

雪崩光电二极管（APD）作为探测元件实现光电转换广泛应用于激光脉冲探测技术中。前置放大器是影响APD激光脉冲探测系统好坏的关键因素,前置放大器的信噪比决定了整个探测系统的信噪比优劣。提出了电荷灵敏前置放大器应用于APD激光脉冲探测系统以提高探测距离和探测精度的方法。讨论了激光脉冲探测技术和APD特性,在此基础上设计了以结型场效应管和集成运放为主要器件的低噪声电荷灵敏前置放大器电路并对设计电路进行了实验分析。实验结果表明：将电荷灵敏前置放大器应用于APD激光脉冲探测系统可以有效提高系统的信噪比,改善激光探测性能。     

IC signal-processing circuit for TV receivers

An IC signal-processing circuit that can be applied in both black-and-white and color receivers is described. The integrated circuit combines the following functions: video preamplifier; keyed AGC detector, operating on top sync level; AGC amplifier for IF and tuner control; noise canceling circuits for AGC and sync circuits; sync separator; automatic horizontal sync; and vertical sync pulse separator. Due to the noise-canceling circuit a stable synchronization is obtained when impulse noise is received. Since the values of the capacitors in the AGC circuit can be rather low without difficulties with instabilities, the performance during fast input signal fluctuations (airplane flutter) is very good.     

X-band integrated circuit mixer with reactively terminated image

AnX-band mixer using GaAS Schottky barrier diodes with a thin-film 500-MHz IF preamplifier was developed using hybrid microwave integrated circuit techniques. The balanced mixer had filters to provide a short circuit at the image frequency. The entire mixer preamplifier occupied an area of only 0.38 square inches and had a noise figure of 6.7 dB which corresponded quite closely to the theoretical noise figure considering all losses. The thin-film IF amplifier alone had a 2.2-dB noise figure and the mixer IF amplifier coupling network had a loss of 0.4 dB.     

X-Band Integrated Circuit Mixer with Reactively Terminated Image

An X-band mixer using GaAs Schottky barrier diodes with a thin-film 500-MHz IF preamplifier was developed using hybrid microwave integrated circuit techniques. The balanced mixer had filters to provide a short circuit at the image frequency. The entire mixer preamplifier occupied an area of only 0.38 square inches and had a noise figure of 6.7 dB which corresponded quite closely to the theoretical noise figure considering all losses. The thin-film IF amplifier alone had a 2.2-dB noise figure and the mixer IF amplifier coupling network had a loss of 0.4 dB.     

X-Band Integrated Circuit Mixer with Reactively Terminated Image

An X-band mixer using GaAs Schottky barrier diodes with a thin-film 500-MHz IF preamplifier was developed using hybrid microwave integrated circuit techniques. The balanced mixer had filters to provide a short circuit at the image frequency. The entire mixer preamplifier occupied an area of only 0.38 square inches and had a noise figure of 6.7 dB which corresponded quite closely to the theoretical noise figure considering all losses. The thin-film IF amplifier alone had a 2.2-dB noise figure and the mixer IF amplifier coupling network had a loss of 0.4 dB.     

大周长面积比延伸波长InGaAs红外焦平面噪声

在理论上分析了红外焦平面组件中光敏元、读出电路以及两者耦合的总噪声特性,对大周长面积比(38×500μm2)延伸波长InGaAs组件的噪声与温度、积分时间的关系进行了实验和分析.实验结果指出,在一定条件下组件噪声与积分时间的根号并不成正比.测量了不同温度下的组件暗信号、噪声,得到组件噪声与暗电流的关系,分析表明,该种组件噪声主要来自于1/f噪声及读出电路输入级电流噪声.     

ORCAD在HgCdTe红外探测器放大电路低噪声设计中的应用

以HgCdTe光伏型红外探测器的性能指标为基础对入射到探测器表面的辐射能量进行转换计算,并以所得的微弱电流信号为根据对探测器的前置放大电路和二级放大电路进行设计,利用仿真速度快、精度高的ORCAD仿真软件对所设计的低噪声、高增益放大电路的频率响应、电路的直流传输、温度和噪声分析等特性进行了较为全面的仿真.实验结果表明了本设计能有效放大微弱电流信号,可以在实践中验证其正确性和可行性.