發(fā)布時(shí)間：2018-12-07 19:09

【摘要】：紅外焦平面陣列作為紅外成像系統(tǒng)的關(guān)鍵器件,已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于多種探測領(lǐng)域。紅外焦平面陣列主要由紅外探測器陣列及讀出電路組成,讀出電路是連接紅外探測器陣列和信號處理系統(tǒng)的主要樞紐,其性能好壞直接影響紅外成像系統(tǒng)的應(yīng)用,高性能的讀出電路是紅外成像質(zhì)量的關(guān)鍵所在。本論文主要設(shè)計(jì)了一款BDI型紅外讀出電路芯片,首先對紅外讀出電路涉及的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)分析,研究了幾種不同的像素單元結(jié)構(gòu)的注入效率、動態(tài)范圍以及線性度的影響因素。由于在版圖面積及探測器偏置電壓方面的限制,傳統(tǒng)的像素單元結(jié)構(gòu)不能直接用于本文的電路架構(gòu)中,因此,本文對傳統(tǒng)的像素單元電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),去掉了傳統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)中的采樣電容,并加入開關(guān)控制管,從而更加有效地控制紅外探測器的偏置電壓。在此基礎(chǔ)上,對讀出電路的列處理單元及輸出緩沖器等模塊電路進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì),兩者均采用帶米勒補(bǔ)償?shù)膬杉夁\(yùn)放作為電路的基本結(jié)構(gòu)單元,以實(shí)現(xiàn)更大的輸出擺幅及更高的電壓傳輸精度。最后基于CSMC 0.5μm CMOS工藝進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì)和流片實(shí)驗(yàn)。測試結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)芯片電荷容量為80.53Me,動態(tài)范圍為84.61dB,線性度為98%,功耗為56mmW,輸出擺幅為3.4V,基本滿足設(shè)計(jì)要求。
[Abstract]:As the key device of infrared imaging system, infrared focal plane array (IRFPA) has been widely used in many detection fields. The infrared focal plane array is mainly composed of the infrared detector array and the readout circuit. The readout circuit is the main hub connecting the infrared detector array and the signal processing system, and its performance directly affects the application of the infrared imaging system. High performance readout circuit is the key to infrared imaging quality. In this paper, a BDI type infrared readout circuit chip is designed. Firstly, the key parameters of the infrared readout circuit are analyzed, and the injection efficiency of several different pixel cell structures is studied. The influence factors of dynamic range and linearity. Because of the limitation of layout area and detector bias voltage, the traditional pixel cell structure can not be directly used in the circuit architecture of this paper, therefore, the traditional pixel cell circuit structure is improved in this paper. The sampling capacitance in the traditional circuit structure is removed and the switch control tube is added to control the bias voltage of the infrared detector more effectively. On this basis, the column processing unit and output buffer module circuit of readout circuit are designed in detail. Both of them adopt two-stage operational amplifier with Hans Muller compensation as the basic structure unit of the circuit. In order to achieve greater output swing and higher voltage transmission accuracy. Finally, layout design and flow sheet experiment are carried out based on CSMC 0.5 渭 m CMOS process. The test results show that the designed chip has a charge capacity of 80.53 Me, a dynamic range of 84.61 dB, a linearity of 98 and a power consumption of 56mmW, and an output swing of 3.4 V, which basically meets the design requirements.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN215

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉莉萍;;紅外焦平面讀出電路技術(shù)及發(fā)展趨勢[J];激光與紅外;2007年07期

2 沈曉;丁瑞軍;;讀出電路數(shù)字模塊設(shè)計(jì)[J];激光與紅外;2007年S1期

3 韓建強(qiáng);黃北舉;關(guān)寧;陳弘達(dá);;一種高靈敏度大動態(tài)范圍讀出電路[J];中國集成電路;2011年01期

4 謝珩;梁宗久;楊雅茹;;讀出電路銦柱打底層對銦柱成球高度的影響[J];激光與紅外;2011年01期

5 馮恭祜;;磁盤改進(jìn)調(diào)頻制讀出電路[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;1984年03期

6 王霄;史澤林;;紅外讀出電路噪聲優(yōu)化分析[J];半導(dǎo)體光電;2013年06期

7 詹國鐘;郭方敏;黃靜;朱榮錦;;光電傳感器讀出電路的參數(shù)可調(diào)控制研究[J];紅外技術(shù);2008年08期

8 孔謀夫;潘銀松;張仁富;王麗;;一種電流積分型生物傳感微陣列信號讀出電路[J];傳感器與微系統(tǒng);2008年05期

9 陳哠;李煜;白丕績;;基于像素累積積分的紅外讀出電路研究[J];紅外技術(shù);2012年01期

10 梁艷;李煜;王博;白丕績;李敏;陳哠;;短波320×256抗輻射加固讀出電路設(shè)計(jì)[J];紅外技術(shù);2012年12期

相關(guān)會議論文 前10條

1 孟麗婭;薛聯(lián);呂果林;黃友恕;袁祥輝;;320×240元非制冷紅外焦平面陣列讀出電路[A];2007年紅外探測器及其在系統(tǒng)中的應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2007年

2 于艷;;三維讀出電路技術(shù)[A];中國光學(xué)學(xué)會2010年光學(xué)大會論文集[C];2010年

3 齊敏;喬東海;;微麥克風(fēng)讀出電路的設(shè)計(jì)和仿真[A];2008年全國聲學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

4 王將;景為平;李言謹(jǐn);方家熊;;新型熱釋電探測器讀出電路的研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

5 劉曉紅;王詠梅;王永松;;高速遠(yuǎn)紫外光子計(jì)數(shù)成像讀出電路設(shè)計(jì)[A];中國空間科學(xué)學(xué)會空間探測專業(yè)委員會第二十六屆全國空間探測學(xué)術(shù)研討會會議論文集[C];2013年

6 袁永剛;劉大福;邱惠國;李向陽;;128×128元氮化鎵紫外焦平面讀出電路的設(shè)計(jì)與封裝研究[A];2007年紅外探測器及其在系統(tǒng)中的應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2007年

7 楊棟;趙毅強(qiáng);廖俊;;線列紅外探測器讀出電路的研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2010年光學(xué)大會論文集[C];2010年

8 楊彪;顏夕宏;;紅外焦平面陣列讀出電路設(shè)計(jì)[A];2004全國圖像傳感器技術(shù)學(xué)術(shù)交流會議論文集[C];2004年

9 張松;徐運(yùn)華;謝文青;方家熊;;一種基于開關(guān)門陣列結(jié)構(gòu)的9級TDI讀出電路[A];2004全國圖像傳感器技術(shù)學(xué)術(shù)交流會議論文集[C];2004年

10 王將;景為平;;弛豫鐵電單晶PMNT熱釋電讀出電路的設(shè)計(jì)[A];中國光學(xué)學(xué)會2010年光學(xué)大會論文集[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 高磊;集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的紅外焦平面讀出電路研究[D];中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2015年

2 楊蘋;ALICEITS中MAPS探測器的數(shù)據(jù)驅(qū)動型讀出電路芯片設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華中師范大學(xué);2015年

3 周云;無TEC非制冷紅外焦平面讀出電路的研究[D];電子科技大學(xué);2013年

4 周杰;320×256中/長波雙色紅外信號讀出電路設(shè)計(jì)[D];中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2015年

5 陳西曲;非致冷紅外焦平面的讀出電路及測試系統(tǒng)研究[D];華中科技大學(xué);2007年

6 郝立超;甚長波紅外探測器信號讀出電路結(jié)構(gòu)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）;2014年

7 陳國強(qiáng);HgCdTe e-APD主被動讀出電路設(shè)計(jì)[D];中國科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）;2014年

8 胡濱;非制冷紅外焦平面CMOS讀出電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[D];電子科技大學(xué);2011年

9 劉成康;紅外焦平面陣列CMOS讀出電路研究[D];重慶大學(xué);2001年

10 張智;紅外焦平面陣列新結(jié)構(gòu)高性能CMOS讀出電路研究[D];重慶大學(xué);2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉慧芳;1280×1024非制冷紅外焦平面讀出電路的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

2 吳曄暉;非制冷紅外焦平面640×512陣列讀出電路關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];電子科技大學(xué);2014年

3 劉孟良;全差分電容式傳感的CMOS讀出電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];湘潭大學(xué);2015年

4 宋曉亮;帶背景抑制的紅外焦平面陣列讀出電路的研究[D];重慶大學(xué);2015年

5 宋偉清;逐元暗電流抑制的CMOS紅外探測器讀出電路研究[D];中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2015年

6 汪雪琴;基于紅外傳感器的CO2濃度檢測讀出電路設(shè)計(jì)[D];北京交通大學(xué);2016年

7 蘇軍;BDI型紅外焦平面讀出電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];東南大學(xué);2015年

8 于冬;非致冷紅外焦平面讀出電路噪聲分析[D];電子科技大學(xué);2004年

9 劉新華;Nb_5N_6Microbolometer讀出電路研究[D];南京大學(xué);2013年

10 宋子奇;集成傳感器的讀出電路[D];清華大學(xué);2011年

，

本文編號：2367686