一种高性能红外焦平面阵列读出电路

提出了一种快闪式红外焦平面阵列读出电路。采用改进的直接注入型单元电路,积分电容大小可选,能适应大范围的光背景条件,并且增加了图像变换(倒置/反转)功能。一款128×128阵列的读出电路已经基于标准0.5μmCMOS工艺实现,整体芯片的面积为8.0mm×8.5mm。实测结果表明,此读出电路具有良好的光电转换能力,同时具有功耗低、输出摆幅大、动态范围大等优点。     

大面阵CMOS快照模式焦平面读出电路设计分析

针对一款大面阵(640×512元)快照模式制冷型红外焦平面用的读出电路进行了初步分析验证.该读出电路采用改进DI结构,先积分后读出的积分控制模式,像素尺寸为25μm×25μm,芯片已在0.5μm双硅双铝(DPDM)标准CMOS工艺下试制.首先对该电路结构及工作原理进行分析,并对输入级等电路的传输特性进行仿真验证,最后给出探测器阵列与读出电路芯片互连后的测试结果.结果表明该读出电路适用于小像素、大规模的红外焦平面阵列.     

一种应用于红外焦平面阵列的运放结构

红外焦平面读出阵列被广泛应用于军事,医学等各项领域,而作为读出电路核心的运算放大器,它的性能直接决定了整个读出电路的各方面性能.详细分析了一种应用于采用直接注入电路的红外焦平面阵列读出结构的运算放大器,包括它的设计过程和功能结构,并在Spectra下进行仿真,给出了仿真结果,运放增益达到61 dB,相位裕度为61°,输入共模范围0～3.65 V.     

直接注入型IRFPA读出电路像素单元的研究

像素单元电路是读出电路的核心单元电路,其性能直接关系到整个焦平面成像的性能。文章从电路结构设计、注入效率的分析、电荷存储能力的分析、非线性的优化设计对直接注入型像素单元电路进行了研究。通过仿真,主要分析了像素单元电路中器件参数对注入效率的影响,以及积分电容对读出电路的电荷存储能力及非线性的影响。基于研究结果设计的读出电路采用了CSMC 0.5μm工艺进行流片验证,实测结果表明,电路具有较好的特性,芯片已成功应用于国内某研究所致冷型探测器组件中。     

光谱成像用红外焦平面读出电路研究

红外焦平面是光谱成像系统的核心器件。讨论了多光谱用红外焦平面读出电路的特点,设计了用于多光谱成像的64×16元红外焦平面读出电路。读出电路采用CTIA输入级,快照式曝光方式,边积分边读出工作。电路芯片与InGaAs光敏芯片阵列通过铟柱倒焊的方法,组成混成互连焦平面器件,像元间距50μm,响应波段0.9～1.7μm,盲元率0.2%,半阱时的响应不均匀性4.7%。     

读出电路数字模块设计

文章介绍了一个读出电路的数字控制模块。该模块集成了众多的控制功能，包括积分时间的调控，对面阵中指定窗口的读出，并能够支持快照读出模式和滚动读出模式之间的选择。文章中详细介绍了实现窗口功能和滚动功能的算法；电路的整体结构及端口时序，并给出了整个系统的仿真结果；最后采用上海集成电路设计中心提供的0．6μm双硅双铝标准单元库对本设计进行了电路综合，并对本设计的版图规划和实现进行了简略的说明，验证了将该设计向大规模读出电路上集成的可行性。     

读出电路数字模块设计

文章介绍了一个读出电路的数字控制模块。该模块集成了众多的控制功能，包括积分时间的调控，对面阵中指定窗口的读出，并能够支持快照读出模式和滚动读出模式之间的选择。文章中详细介绍了实现窗口功能和滚动功能的算法；电路的整体结构及端口时序，并给出了整个系统的仿真结果；最后采用上海集成电路设计中心提供的0．6μm双硅双铝标准单元库对本设计进行了电路综合，并对本设计的版图规划和实现进行了简略的说明，验证了将该设计向大规模读出电路上集成的可行性。     

红外焦平面探测器数字读出电路研究

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.     

Testing System Based on Virtual Instrument for Readout Circuit of Infrared Focal Plane Array

Readout integrated circuit（ROIC） is one of the most important components for hybrid-integrated infrared focal plane array（IRFPA）. And it should be tested to ensure the product yield before bonding. This paper presents an on-wafer testing system based on Labview for ROIC of IRFPA. The quantitative measurement can be conducted after determining whether there is row crosstalk or not in this system. This low-cost system has the benefits of easy expansion, upgrading, and flexibility, and it has been employed in the testing of several kinds of IRFPA ROICs to measure the parameters of saturated output voltage, nonuniformity, dark noise and dynamic range, etc.     

新型电流镜积分红外量子阱探测器读出电路的设计分析

设计了一种偏压可调电流镜积分(Current Mirroring Integration,CMI)红外量子阱探测器焦平面CMOS读出电路.该电路适应根据偏压调节响应波段的量子阱探测器,其中探测器偏压从0.61 V到1.55V范围内可调.由于CMI的电流反馈结构,使得输入阻抗接近0,注入效率达0.99;且积分电容可放在单元电路外,从而可以在一定的单元面积下,增大积分电容,提高了电荷处理能力和动态范围;为提高读出电路的性能,电路加入撇除( Skimming)方式的暗电流抑制电路.采用特许半导体(Chartered) 0.35μm标准CMOS工艺对所设计的电路(16×1阵列)进行流片,测试结果表明:在电源电压为3.3V,积分电容为1.25 pF时,电荷处理能力达到1.3×107个电子;输出摆幅达到1.76 V;功耗为25mW;动态范围为75dB;测试结果显示CMI可应用于高性能FPA.     

抑制背景电流的红外焦平面单元读出电路

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。     

Design of Diode Type Un-Cooled Infrared Focal Plane Array Readout Circuit

The diode infrared focal plane array uses the silicon diodes as a sensitive device for infrared signal measurement. By the infrared radiation, the infrared focal plane can produces small voltage signals. For the traditional readout circuit structures are designed to process current signals, they cannot be applied to it. In this paper,a new readout circuit for the diode un-cooled infrared focal plane array is developed. The principle of detector array signal readout and small signal amplification is given in detail. The readout circuit is designed and simulated by using the Central Semiconductor Manufacturing Corporation (CSMC) 0.5 μm complementary metal-oxide-semiconductor transistor (CMOS) technology library. Cadence Spectre simulation results show that the scheme can be applied to the CMOS readout integrated circuit (ROIC) with a larger array, such as 320×240 size array.     

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.     

边积分边读出低噪声红外焦平面读出电路研究

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0.5 μn5 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1.7×10-4V,动态范围大于80 dB.     

基于门控多周期积分的背景抑制读出电路

在空间遥感领域,波长在3μm～5μm的中红外焦平面探测器大都工作在高背景环境下,信号电流远小于背景电流.为解决当前信号淹没于背景这一突出问题,设计了一种采用门控多周期积分结构实现的背景抑制功能的读出电路.该电路在抑制背景电流(包括暗电流)的同时能有效降低噪声,提高有效积分时间,增大输出信号动态范围.经Spectre仿真软件验证了电路设计的正确性.背景电流输入范围为0 nA～110 nA,能够有效读出2.5 nA～25 nA之间的信号电流,电路输出摆幅大于2V.该电路的设计不仅能解决当前工程中的关键问题,还对今后高性能大面阵红外焦平面高背景弱信号探测具有重要的指导意义.     

一种面向大面阵焦平面阵列的低功耗多功能读出电路设计

大面阵焦平面成像探测器需要具有随机开窗和反转读出功能,同时需要降低功耗。文章基于标准数字电路设计流程。设计了一种新型的基于格雷码编码规律的寻址计数器,用于对阵列的行地址和列地址进行寻址,提高了寻址的可靠性。对设计进行RTL级仿真,结果表明该设计能够实现任意开窗和反转读出功能。采用TSMC90工艺库对1024×1024阵列规模的RTL级设计进行分析计算,结果显示供电电压为3.3V时,寻址计数器功耗仅为19.56μW,整体设计功耗仅为58.75μW,适用于大面阵焦平面读出电路的设计。     

1×128热释电IRFPA CMOS读出电路的研究

热释电红外焦平面阵列是非致冷红外焦平面阵列的主要发展方向之一,其读出电路是关键部件,属数模混合集成电路。分析了热释电读出电路的特点,设计原则,并给出了一种读出电路设计方案以及仿真和实验结果。     

双色红外焦平面读出电路信号输入级初探

文章通过对双色红外焦平面结构、工作模式、各种信号输入级电路的研究,提出了顺序和同步工作的两种焦平面读出电路结构,输入级都是直接注入方式。短波( SW)和中波(MW)二个波段的光电流分别在各自的电容上积分,然后输出到后级电路,初步获得了电路的仿真结果。     

模拟红外焦平面探测器读出时序的系统设计

高精度红外焦平面探测器的昂贵价格在一定程度上限制了红外导引系统的开发与应用,然而低成本的焦平面探测器读出时序的模拟系统为红外导引系统的开发带来了新的契机.文中提出了一种适合于工程应用的焦平面探测器读出时序的模拟系统的结构与方案,并给出了仿真分析和实验数据.应用表明,该系统提高了红外导引系统的开发速度和可靠性,降低了研制成本.     

红外热成像系统的采集与驱动电路设计

高精度采集电路是构成高精度红外热像仪的重要组成部分.在简单介绍红外热成像系统基本原理的基础上,给出了用法国ULIS公司的384×288元非致冷红外焦平面阵列探测器设计的红外成像系统的硬件构成.该系统采用CPLD复杂可编程逻辑器件作为采集与驱动时序电路的核心控制芯片,以VSP2566作为采集芯片,把探测器输出的模拟信号转...