1024×1024元帧转移纵向抗晕CCD图像传感器

帧转移电荷耦合器件(FTCCD)主要应用于可见光信号探测,其在强光应用场合容易出现光晕现象。针对该问题,研制了帧转移纵向抗晕CCD图像传感器,该器件阵列规模为1 024×1 024元,像素尺寸为12μm×12μm。为了实现纵向抗晕功能,采用了n型埋沟-鞍形p阱-n型衬底结构,纵向抗晕倍数为200倍,器件满阱电子数为大于等于200 ke^-,读出噪声小于等于80 e^-,动态范围大于等于2 000∶1。     

1 280×1 024 EMCCD纵向抗光晕设计

1280×1024 EMCCD是一种内线转移结构的固态微光成像器件，具备从星光条件到阳光环境的全天时成像探测能力，可广泛用于航天遥感、视觉感知和无人驾驶等领域。但由于器件饱和输出的限制，当入射光强度很高的情况下，EMCCD会发生光晕现象，造成图像分辨率降低，影响EMCCD获取目标信息的能力。为了提升EMCCD环境适应性，避免光晕现象的产生，文中分析了EMCCD光晕产生的原因，介绍了纵向抗晕的工作原理，通过理论推导分析和数值模拟仿真的方法，设计了具有纵向抗晕结构的EMCCD像元，制作了具有抗晕功能的1280×1024 EMCCD器件和原理演示样机，仿真数据和测试结果表明，文中设计的纵向抗光晕结构EMCCD具有500倍抗晕能力。     

1024×1024全帧CCD器件

采用2μm设计规则,在2μm工艺线上,成功研制了1 024×1 024全帧CCD器件。该1 024×1 024全帧CCD器件的有效像元数为1 024×1 024,像元尺寸为11μm×11μm,有效光敏面积为11.3mm×11.3mm,光响应波长范围为400～1 100nm。成像区域横向分为2个区,纵向分为2个区,可由1路、2路和4路输出,有9种读出模式。该器件具有2×2的像元合并功能,能作为512×512（像元尺寸为22μm×22μm）和规格的器件使用。该器件数据速率为4×40M,数据速率高。器件采用MPP工作模式,暗电流低;采用薄栅氧化,具有100krad（Si）抗辐照能力;适合在高温、辐照环境和微光环境下成像应用。     

一种具有开窗功能的行间转移CCD图像传感器

设计制作了一款具有开窗功能的行间转移CCD,其阵列规模为640×480元,像素尺寸为7.4μm×7.4μm,可在4种窗口分辨率,即640×480元、228×480元、640×164元和228×164元下开窗工作,具备单、双通道输出信号功能,当器件窗口分辨率为228×164元、以双输出通道模式工作时,帧频能够达到500f/s,可以应用于高速目标识别领域。     

中波1 280×1 024红外成像组件设计（特邀）

随着红外器件和成像技术的不断发展,各种夜视系统对百万像素的中波红外成像组件的需求越来越多。基于国产15 μm 1280×1024中波HgCdTe探测器,以探测器和杜瓦自身包络为基准,突破小体积、轻量化、一体化设计,研制出了紧凑型双FPGA处理平台的百万像素中波红外成像机芯组件,组件尺寸155 mm×95 mm×95 mm,质量为1400 g,支持SDI、Cameralink接口输出;在该平台上实现盲元替换、非均匀校正、降噪、细节增强、动态范围压缩、局部增强等实时图像处理算法,针对传统的红外成像算法提出了基于残差的非均匀校正算法与自适应局部增强算法,提升组件的成像性能。测试试验表明:组件实时输出分辨率为1280×1024像素的高质量低噪声的红外图像,噪声等效温差（NETD）<30 mK,组件满足高温60 ℃,低温?40 ℃工作要求,组件所采用的改进处理算法,最终输出图像提升明显。     

823×592元内线转移CCD图像传感器

采用三层多晶硅、埋沟、双层金属工艺研制了1/2英寸823×592、8.3μm×8.3 μm内线转移CCD,该器件设计制作了纵向抗晕结构,实现了内线转移器件光晕抑制.该器件水平驱动频率可达30 MHz,峰值响应波长位于550 nm,动态范围62.6 dB.     

高光谱成像用高帧频CMOS图像传感器北大核心

针对高帧频、全局曝光和光谱平坦等成像应用需求,设计了一款高光谱成像用CMOS图像传感器。其光敏元采用PN型光电二极管,读出电路采用5T像素结构。采用列读出电路以及高速多通道模拟信号并行读出的设计方案来获得低像素固定图像噪声(FPN)和非均匀性抑制。芯片采用ASMC 0.35μm三层金属两层多晶硅标准CMOS工艺流片,为了抑制光电二极管的光谱干涉效应,后续进行了光谱平坦化VAE特殊工艺,并对器件的光电性能进行了测试评估。电路测试结果符合理论设计预期,成像效果良好,像素具备积分可调和全局快门功能,最终实现的像素规模为512×256,像元尺寸为30μm×30μm,最大满阱电子为400 ke^(-),FPN小于0.2%,动态范围为72 dB,帧频为450 f/s,相邻10 nm波段范围内量子效率相差小于10%,可满足高光谱成像系统对CMOS成像器件的要求。     

10 μm间距长波1280×1024碲镉汞探测器研制进展

随着红外技术的进步,红外探测器组件向着更小尺寸、更高分辨率的方向发展.小像元间距、大面阵规格是长波探测器发展的重要方向.通过对10μm像元间距、9μm截止波长、1280×1024阵列规格长波探测器的研究,突破了10μm间距长波像元成结技术、10μm像元间距铟柱制备及互连技术,制备了有效像元率大于等于99.4％、非均匀性小于等于4％的10 μm间距长波1280×1024碲镉汞探测器芯片.     

512×512元帧转移EMCCD图像传感器

采用埋沟、三层多晶硅、两次金属工艺,研制出正照EMCCD器件。器件的像元尺寸16μm×16μm。器件在-20℃下工作,读出频率10 MHz,倍增增益可达1000倍以上,探测灵敏度5×10~(-4) lx。     

长线列CMOS图像传感器的性能优化设计

设计了一种基于电容反馈跨阻放大器(CTIA)的长线列CMOS图像传感器。为减小器件功耗和面积,采用基于单端四管共源共栅运算放大器。为提高信号读出速率,采用没有体效应的PMOS源跟随器,同时减小PMOS管的宽长比,有效减小了输出总线寄生电容的影响。在版图设计上,采用顶层金属走线,降低寄生电阻和电容,提高了长线列CMOS图像传感器的读出速率和输出线性范围。采用0.35μm 3.3V标准CMOS工艺对传感器进行流片,得到器件像元阵列为5×1 030,像元尺寸为20μm×20μm。测试结果表明:该传感器在积分时间为1ms、读出速率为4MHz的情况下工作稳定,其线性度达到98%,线性动态范围为76dB。     

高性能TDI扫描式红外传感器读出电路研究

扫描式红外成像传感器在遥测遥感、卫星成像等远距离成像领域具有广泛的应用。为了缓解信噪比相对较低而影响图像质量的问题,提出了一种时间延时积分(TDI)型读出电路。该读出电路由电容跨阻放大器(CTIA)像素电路阵列、并行TDI电路、多路开关选择电路和输出缓冲器等组成。为实现对宽动态范围光电流的处理,CTIA电路设计有多档可选增益,且非线性度小于0.3%。该读出电路采用0.35 μm CMOS工艺设计与制造,芯片面积约为1.3 mm×20 mm,采用5 V电源时功耗小于60 mW。为了评估1024×3 TDI读出电路的功能,采用了对TDI输入端注入不同电压激励的方式进行测试,测试结果验证了所提出的设计方案。     

0.5 W 2?21 GHz monolithic GaAs distributed amplifier

A novel circuit concept to reduce the gate loss using series capacitors on the gate feeding lines has been implemented for a distributed amplifier design. It has significantly increased the gate width of an amplifier with a resultant increase of the broadband output power and efficiency. A monolithic GaAs distributed amplifier using 6 × 300 ?m FETs has achieved a record output power of 0.5 W over the 2 to 21 GHz frequency band with at least 4 dB gain. The poweradded efficiency was 14%. The linear gain was 5 ± 1 dB over the same frequency band.     

电子倍增CCD 模拟前端设计与信号优化

基于电子倍增CCD（EMCCD）在微光低照度条件下的实时应用,针对EMCCD 对驱动信号相位、频率、幅度的严格要求,以及输出信号的特点,在深入分析模拟前端各部分功能的基础上,提出一种改善EMCCD 驱动电路,优化驱动信号质量,降低模拟前端噪声水平的驱动策略,设计一款实时、低噪、 稳定、适用于微光环境的EMCCD相机。工程验证表明,在环境照度为110-3 lx,信号时钟为12.5MHz,帧频为25帧/s 的条件下,EMCCD 相机具有实时快速成像能力,输出的模拟视频信号低噪稳定,成像系统捕获的图像清晰信噪比高,基本满足EMCCD 成像系统在微光低照度环境下的实时应用需求。     

非制冷红外热成像技术的发展与现状

非制冷红外焦平面技术在过去的几年内飞速发展,非制冷焦平面由原来的小规模,发展到中、大规模320×240和640×480阵列,在未来的几年内有望获得超大规模的1024×1024非制冷焦平面阵列。像素尺寸也由50μm减小到25μm,提高了焦平面的灵敏度,使非制冷红外热成像系统在军事领域得到了成功应用,部分型号已经装备于部队,并受到好评。今后,随着焦平面阵列规模的不断增大、像素尺寸的进一步减小,非制冷热成像系统在军事领域的应用将越来越广泛,尤其在轻武器瞄具、驾驶员视力增强器、手持式便携热像仪等轻武器方面,非制冷热成像系统在近年内有望逐步取代价格高、可靠性差、体积大等笨重的制冷型热成像系统。     

高速Cameralink图像数据光纤传输系统设计

Cameralink接口是目前工业数字相机的主要图像输出接口。但受传输距离限制,在远程视频网络中,图像数据一般以光信号传输。针对Cameralink接口相机在光纤网络中应用的这一具体问题,对Cameralink接口光纤传输系统进行了研究。设计的传输系统可兼容多种像素时钟的相机,最高传输带宽达到1.92Gb/s,可满足1024×1024相机100帧/秒拍摄频率下的数据量要求。     

Low-noise and high-speed charge detection in high-resolution CCDimage sensors

This paper analyzes problems associated with low-noise and high-speed charge detection encountered in high-resolution image sensors. It is found that the conventional Floating Diffusion (FD) charge detection concept is inferior to the previously studied, but not frequently utilized, Floating Gate (FG) approach. A new output charge detection well reset technique and an improved biasing method allowed the design of the FG charge detection amplifier with a comparable conversion gain to FD structures but with much better noise performance at the data rates up to 40 MHz. The theoretical analysis of the FG amplifier performance, including the Correlated Pixel Clamp signal processing method, is confirmed by measurements performed on a high-resolution 1000×1000 pixel Frame Transfer CCD image sensor built using an Advanced Virtual Phase Technology. The described details of the sensor design include: (1) the over all device architecture, (2) the pixel cross section with the cross section of the lateral overflow drain antiblooming structure, (3) the dual serial register with a single output amplifier, and (4) the resistive gate reset structure for the output charge detection well. The developed image sensor does not need the conventional Correlated Double Sampling (CDS) circuit for the signal processing, since the FG detection node is sensing charge nondestructively without generation of kTC noise. The described progress in the FG charge detection approach thus opens up a possibility for future designs of distributed FG amplifiers that can theoretically reach the ultimate low-noise performance at virtually any clocking frequency     

多功能红外焦平面读出电路设计

主/被动成像系统具备多种成像模式,集成度高、成本低、系统运行效率高,应用前景良好。设计了一种64×64规模的多功能红外焦平面阵列读出电路,在30 μm像元中心距的限制下实现了日光标准成像、微光成像、异步激光脉冲检测和二维激光测距四种成像功能。基于TSMC 0.35 μm工艺,完成了多功能读出电路的芯片设计与流片验证。电路复用设计和像素共享架构显著降低了版图面积。CTIA的T型开关有效减小漏电流,改善了红外被动成像电路的动态范围,高增益模式下动态范围达60 dB,低增益模式下动态范围达68 dB。并且满阱电荷容量分别为203 ke?和1.63 Me?。三级push-pull运放和MOS反馈电阻使RTIA兼具高增益和小尺寸。芯片测试结果表明,电路具备主/被动成像功能,性能良好,可应用于红外焦平面激光雷达成像系统。     

A fully on-chip fast-transient NMOS low dropout voltage regulator with quasi floating gate pass element

This paper presents a fully on-chip NMOS low-dropout regulator (LDO) for portable applications with quasi floating gate pass element and fast transient response. The quasi floating gate structure makes the gate of the NMOS transistor only periodically charged or refreshed by the charge pump, which allows the charge pump to be a small economical circuit with small silicon area. In addition, a variable reference circuit is introduced enlarging the dynamic range of error amplifier during load transient. The proposed LDO has been implemented in a 0.35 μm BCD process. From experimental results, the regulator can operate with a minimum dropout voltage of 250 mV at a maximum 1 A load and I_Q of 395 μA. Under full-range load current step, the voltage undershoot and overshoot of the proposed LDO are reduced to 50 and 26 mV, respectively.     

Real-time continuous-wave imaging with a 1.63THz OPTL and a pyroelectric camera

Real-time continuous-wave terahertz imaging is demonstrated with a 1.63 THz （184.31 lam） optically-pumped terahertz laser （OPTL） and a 124 × 124 element room-temperature pyroelectric camera. Transmission-mode THz imaging is presented for the samples hidden in various wrapping materials. These experimental results reveal the possibility to construct a simple real-time THz imaging system applied to nondestructive inspection.