非制冷红外探测器及其读出电路的研究

非制冷红外探测器及其读出电路的研究作者：薛惠琼学位授予单位：长春理工大学相似文献(10条)1.期刊论文袁红辉.陈永平.陈世军.刘强.徐星.YUANHong-hui.CHENYong-ping.CHENShi-jun.LIUQiang.XUXing一种差分输入HgCdTe红外探测器专用电流读出电路的研制-激光与红外2009,39(10)利用差分输入的折叠共源共栅结构实现了一种在77K工作的高性能低噪声HgCdTe红外探测器专用的电流读出电路.文中分析了它的噪声特性,并提出了减少噪声的措施.此电路用1.2μm的标准CMOS工艺制造完成.经过测试,这种电流读出电路在低温77K下能正常工作,反馈电阻大小为41MΩ,等效输入噪声电流仅0.03pA/Hz1/2,连接HgCdTe红外探测器后能正常工作.2.期刊论文王瑞忠.陈培毅.钱佩信.李永康.周均铭.WANGRuizhong.CHENPeiyi.QIANPeixin.LIYongkang.ZHOUJunmingHIP红外探测器与MOS读出开关的单片集成-清华大学学报（自然科学版）1999,39(Z1)为了验证P+-GexSi1-x/p-SiHIP红外探测器同MOS信号读出电路单片集成的可行性,对P+-GexSi1-x/p-Si异质结内光发射(HIP)红外深测器与CMOS读出电路的工艺兼容性做了分析,提出了一个可行的工艺方案.还采用3μmNMOS工艺,制备了将P+-GexSi1-x/p-SiHIP红外探测器与NMOS信号读出开关集成在一起的实验性芯片.在77K温度下,分子束外延(MBE)生长的P+-GexSi1-x/p-SiHIP红外探测器(无介质腔和抗反射层)的黑体探测度为11Mm.Hz1/2/W.实现了77K下用NMOS开关对探测器输出信号的选择读出.3.学位论文陈巍微悬臂梁红外探测器焦平面阵列读出电路设计研究2008非致冷红外热成像系统具有体积小、重量轻、价格低等优点，在军事、民用、科研等领域有广泛应用。与热敏电阻式非致冷红外探测器相比，微悬臂梁电容式非致冷红外探测器具有很高的电容温度系数，基于该类探测器实现的红外热像仪的等效噪声温差指标可接近0.5mK的理论极限，是非致冷热成像技术研究领域一个全新的研究方向。与微悬臂梁电容式非致冷红外探测器配套的焦平面读出电路用于探测器信号的读出和处理，是以模拟为主的混合电路，对焦平面组件性能有较大影响。本文针对微悬臂梁电容式非致冷红外探测器，对与之配套的读出电路设计进行了探索性研究，设计了两种不同结构的读出电路。主要完成了以下研究工作：(1)单元电路和体系结构的设计：本文针对电容型探测器小电荷信号的特点，分别设计了电容跨阻放大和源跟随器两种结构，完成了1×4和32×32规模小样读出电路设计。通过仿真验证了电路的正确性，并完成了版图设计。(2)运算放大器的设计：读出电路中大量使用运算放大器进行模拟信号读出、处理，本文针对不同的电路结构需求设计了相应的运算放大器，包括列放大器、输出缓冲器等，进行了前仿真和后仿真，满足了电路设计需要。(3)时序逻辑电路的设计：完成了数字控制部分的时序设计以及相关模块(如移位寄存器等)控制电路的实现。(4)1×4电容跨阻放大结构小样芯片获得了流片、测试验证，测试结果表明功能正确。4.期刊论文刘海涛.LIUHai-tao基于电容读出的非制冷红外探测器-红外与激光工程2006,35(6)介绍了一种基于标准硅工艺的电容读出式微悬臂梁非制冷红外探测器的设计、制作以及集成读出电路的设计.该探测器用于探测室温下物体的红外辐射,其响应波长为8～12μm.由于氮化硅和铝的热膨胀系数相差很大,用这两种材料的薄膜做成的双材料微悬臂梁在红外辐射下会发生弯曲,微悬臂梁和衬底形成一个可变电容,通过检测电容的变化来反映微悬臂梁的弯曲,从而可以探测红外辐射的情况.采用和探测器集成的CMOS读出电路对探测器信号进行读取,微悬臂梁的电容灵敏度可达2.5fF/K,温度分辨率为0.1K.5.学位论文刘钢红外探测器读出电路中12位流水线模数转换器的研究2007在数字信号处理系统功越来越强大的今天，流水线模数转换器(PipelinedADC)，由于其在低功耗高速高精度等方面的优势，得到越来越广泛的应用。本论文从焦平面红外探测器中高速、低功耗模数转换电路的需求出发，分析和比较了三种典型高速模数转换器功耗，确定了流水线模数转换器在降低功耗上的优越性。进而从系统的角度，对于影响流水线ADC性能的各种误差来源，包括比较器的失调、余数放大器的增益、余数放大器增益的非线性、噪声等给出了详细的推导和说明；并结合系统的要求，对放大器、比较器、模拟开关等主要电路模块的设计进行了深入的分析。针对12位分辨率25MS/s采样速率、良好的动态特性以及功耗优化的设计要求，制定系统架构，选用电路结构，完成电路的设计，并通过了仿真验证。论文中为了实现噪声和功耗的优化，改进了传统的流水线ADC系统结构，利用Matlab和Excel等数学工具对系统进行建模分析并加以优化，得出系统性能对于各关键模块的性能要求；针对电路设计中的几大难点，将高性能、低功耗的增益自举折叠式和套筒式运算放大器分别应用于采样保持和第一级MDAC中，提高了关键模块的性能；采用了下极板采样技术和高可靠性自举开关的技术，基本消除了由采样开关引入的非线性误差；结合电荷分配型和前置放大型比较器的优点，改进了第一级子模数转换器中的比较器，更大程度上减小了比较器失调和反馈噪声，同时还降低了设计难度；在时钟控制上采用改进型两相不交叠时钟，提高了系统转换周期的可利用率。在完成系统建模和电路仿真的前提下，采用码密度分析和FFT分析的方法分别对理想模型和实际设计系统的静态、动态性能进行了分析和比较。所设计的流水线模数转换器在25M工作频率下，微分非线性误差小于0.5LSB，信噪比、信噪失真比和无杂散动态范围分别为71.9dB、71.6dB和82.7dB，有效位数为11.5bit。6.会议论文袁祥辉.吕果林.黄友恕128×128热释电红外焦平面阵列读出电路研究2003本文阐述了128×128热释电红外焦平面阵列用的读出电路的工作原理.对组成该电路的各部分:源随器输入级、增益放大器、采样保持电路、输出级和信号读出时序控制电路等的要求、电路和版图设计进行了分析,并对电路进行了计算机模拟.128×128热释电阵列读出电路,像元中心距为100μm×100μm.按2.0μmSPDMCMOS规范设计和加工.研制的读出电路经测试,性能指标达到设计要求.与128×128热释电阵列进行互联实验,获得了清楚的热像.7.会议论文董亮初.丁瑞军自积分线列焦平面读出电路的噪声分析1996对以自积分模式工作的线列焦平面读出电路的噪声进行了分析，并对研制的２２元、２４元、３２元、６４元器件读出电路的噪声进行了测试，结果表明，良好工艺制成的电路，其主要噪声源为ＫＴＣ噪声，实测的数据与理论值基本一致。8.学位论文张杨锑化铟红外探测器信号处理电路技术研究2006红外焦平面阵列(IRFPA)是获得红外光辐射的重要光电器件，通常由红外探测器阵列和红外读出电路(ROIC)组成。红外焦平面可以通过红外探测器阵列和读出电路将光信号转换为电信号并进行积分、放大、滤波等一系列处理使信号达到我们的要求。目前红外焦平面广泛应用于军事、科技、工业、生活等各个领域，为我们的生活提供了诸多便利。随着科技不断进步，红外探测领域对红外焦平面阵列也逐渐提出了更高的要求，红外读出电路作为其关键部件也得到了各国的重视。本次论文首先对红外焦平面技术进行了较为全面的分析，对其当今以及发展趋势进行了概括和预测。然后有侧重点的对红外探测器和红外读出电路进行了结构和性能上的研究。为了能够更好的理解各种结构红外读出电路结构和性能，我们又对多种常见的红外读出电路进行结构和性能进行对比分析。在此基础上我们完成128×1阵列InSb红外探测器读出电路的设计。该读出红外电路采用CTIA结构，采用相关相采样信号处理方法，具有低噪声，高线性度，输出动态范围大，积分电容可调等特点，具有较强的实用价值。在完成对电路设计后，我们对电路又进行测试分析，确保其性能达到要求，并对该电路进行了版图设计。9.会议论文李尧桥.朱慧.李雪.方家熊读出电路的输出摆幅和线性范围研究2007焦平面读出电路的一种常用结构是以电容跨阻抗放大器(CTIA)作为输入级,相关双采样(CDS)方式提取信号并抑制噪声,源跟随器方式输出信号。本文比较了在不同的采样开关管和源随器组合方式下,电路的输出摆幅和线性范围的变化，并通过分析不同类型的开关管和源随器的输入输出特性,指出了这种变化的原因。最后得出结论,应当根据积分电容的积分端电压的变化方式,来选择适当的开关管和源随器组合,以获得最大的输出摆幅和线性范围。10.学位论文刘非双色红外探测器读出电路研究2009双色红外焦平面具有高速、可靠、小型化、低成本和优异的探测性能等特点，是第三代焦平面技术的研究热点。读出电路是焦平面的重要组成部分，直接影响红外焦平面器件的综合性能和系统成像应用。双色读出集成电路不仅要实现信号积分、放大和读出的功能，还具有其他信号处理的功能如解决探测器两个波段输出信号由混合变为独立的问题，同时随着系统集成度的提高、探测器象元面积的减小，使得双色红外探测器读出电路的设计也富有挑战性。本文根据本研究所双色红外探测器的具体情况，提出了基于共源共栅电流镜实现信号分离的同步模式双色红外探测器的读出电路以及采用低功耗设计的基于直接注入结构的顺序模式双色红外探测器的读出电路。文中分析了常见的双色红外探测器读出电路的各种结构，比较各自的特点，对一些结构进行改进设计，从理论上分析了电路的合理性和可行性。根据不同探测器的具体情况，提出了新的输入级电路、信号处理电路等结构。在同步工作模式(同时积分同时读出)中，针对线列的双色红外探测器，以256元读出电路作为设计实例，在输入级采用共源共栅电流镜实现信号分离和两个波段信号的独立积分输出，仿真结果表明电路信号分离精度达99％，电路适用于MW/LW，MW1/MW2波段的双色信号处理；扩展到凝视模式的双色探测器信号读出，以32×32的双色读出电路为例，进行双色面阵电路的设计，电路采用行共享信号分离结构的模式，简化了输入级，仿真结果表明该电路线性度高达99.9％，电路能扩展到较大规模的同步模式双色红外焦平面。对顺序模式的双色红外探测器提出了顺序积分同时读出的工作模式，设计了128×128读出电路，采用双直接注入级，行共享单元缓冲级负载的模式，实现了电路的低功耗设计，流片后电流测试结果表明电路功耗为11.6mW，与预算结果接近，电路能保持面阵的高帧频工作，也适用于大规模的焦平面器件。对256元和128×128电路进行了流片和电路测试，测试结果表明，256元和128×128的读出电路的各项参数基本达到设计目标，电路具有一定的实用性，为以后的工作奠定了基础。关键词：红外探测器；红外焦平面；双色；读出电路；本文链接：授权使用：北京理工大学(北京理工大学)，授权号：db1f7e9a-d41a-4401-b4ba-9e3000dcd817下载时间：2010年11月16日