【摘要】：非制冷紅外成像技術(shù)在工業(yè)、軍事和醫(yī)療等各領(lǐng)域獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。紅外焦平面陣列探測(cè)器作為紅外成像系統(tǒng)的核心,由探測(cè)器陣列和讀出電路兩部分組成,較之傳統(tǒng)的紅外探測(cè)器,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能高,可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。因此,研究非制冷紅外焦平面陣列讀出電路具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)非制冷紅外焦平面探測(cè)器探測(cè)到的微弱紅外信號(hào),基于0.35μm的工藝模型,設(shè)計(jì)了非制冷紅外焦平面陣列讀出電路中的模擬讀出電路,配合時(shí)序?qū)⑿盘?hào)放大、去噪、采樣處理后緩沖輸出,從而為非制冷紅外探測(cè)器實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能打下了良好基礎(chǔ)。首先,根據(jù)焦平面感光像元的物理特性,以NMOS緩沖注入式偏置電路為基礎(chǔ),對(duì)像元進(jìn)行恒壓偏置,輸出量是隨溫度變化的電流量。由于輸出的電流非常微弱,設(shè)計(jì)了一個(gè)折疊式共源共柵運(yùn)算放大器,提高信號(hào)的注入效率同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,以降低對(duì)后續(xù)信號(hào)處理的性能要求。由于輸出的電流具有較大的背景電流噪聲,因此需要通過(guò)背景抑制電路將紅外信號(hào)中的背景噪聲信號(hào)消除。本文提出并改進(jìn)了一種新型的背景抑制電路,把第一代開(kāi)關(guān)電流(SI)電路引入到讀出電路中,通過(guò)設(shè)置合適的MOS管寬長(zhǎng)比,電路實(shí)現(xiàn)了電流復(fù)制的功能。電路利用合適的時(shí)序控制開(kāi)關(guān)的通斷,先將噪聲信號(hào)存儲(chǔ)起來(lái),再將像元輸出的信號(hào)與復(fù)制的噪聲信號(hào)相減,達(dá)到去除背景噪聲信號(hào)的目的,從而可以有效提高系統(tǒng)的信噪比和識(shí)別微弱信號(hào)的能力。去除了背景噪聲的電流量經(jīng)過(guò)積分放大模塊電路,采樣保持電路,經(jīng)緩沖后輸出給后續(xù)電路。設(shè)計(jì)了數(shù)字時(shí)序電路,給出了各個(gè)單元電路及整體電路的電路結(jié)構(gòu)和仿真結(jié)果。最后,根據(jù)0.35μm的N阱標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝模型,設(shè)計(jì)了該讀出電路的版圖。經(jīng)過(guò)Cadence軟件中的Spectre仿真表明:在時(shí)序信號(hào)的控制下,設(shè)計(jì)出的模擬讀出電路經(jīng)過(guò)去噪、放大等環(huán)節(jié)之后,可以較好的提取出像元探測(cè)到的小信號(hào),電流復(fù)制比約為94%,所設(shè)計(jì)的電路可以探測(cè)10℃到50℃的溫度范圍內(nèi)的信號(hào)變化;整體模擬讀出電路的版圖面積約為300μm×300μm,為紅外焦平面陣列讀出電路的單個(gè)芯片集成提供了一定的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN215

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