【摘要】：在焦平面讀出電路中,跨阻放大器(Trans-Impedance Amplifier,TIA)將紅外探測(cè)器檢測(cè)到的光電流轉(zhuǎn)化為時(shí)間信號(hào),時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器(Time-to-Amplitude Converter,TAC)再將時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),最終便可得到探測(cè)物體的距離信息,TAC作為焦平面讀出電路中最關(guān)鍵的模塊之一,其性能的好壞直接決定了整個(gè)焦平面讀出電路的性能,因此如何設(shè)計(jì)出高性能的TAC是焦平面讀出電路中最重要的課題。在集成電路中,積分器可以把時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)化到電壓信號(hào),本文正是基于這種思想設(shè)計(jì)了一款像素級(jí)TAC。首先本文介紹了該像素級(jí)TAC的原理,其原理是在像素外產(chǎn)生全局的斜坡信號(hào),Buffer作為緩沖器將斜坡信號(hào)推送到每一個(gè)像素內(nèi),像素內(nèi)的采樣保持電路采樣時(shí)間終止信號(hào)對(duì)應(yīng)的斜坡電壓,根據(jù)采樣電壓的大小便可得到時(shí)間終止信號(hào)的來(lái)臨的時(shí)刻,最后行選和列選模塊再將每個(gè)像素內(nèi)的采樣電壓讀出來(lái)。在介紹本文像素級(jí)TAC的原理之后,本文又詳細(xì)分析了其子模塊的原理,首先本文介紹了該像素級(jí)TAC輔助電路模塊的設(shè)計(jì),具體包括運(yùn)放,帶隙基準(zhǔn)電壓,基準(zhǔn)電路,以及斜坡產(chǎn)生與推送模塊的設(shè)計(jì),然后本文又分析了像素,行選以及列選模塊的設(shè)計(jì)。本文基于0.18μm CMOS工藝采用Cadence IC616對(duì)其進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì),在各子模塊的原理分析之后,本文均驗(yàn)證了其功能,最終該像素級(jí)TAC整體上實(shí)現(xiàn)了64×64的陣列規(guī)模,12位的有效位數(shù),500ps的時(shí)間分辨率,0~2μs時(shí)間測(cè)量范圍,以及1kHz的幀頻。由于運(yùn)放和源隨器有限的響應(yīng)速度,該TAC的線性度在時(shí)間間隔比較短的時(shí)候比較差,當(dāng)時(shí)間間隔大于10ns之后,該像素級(jí)TAC的線性度就變得很好,其DNL僅有0.5LSB,INL最大是1.2LSB。在該像素級(jí)TAC前仿性能良好的基礎(chǔ)上,本文繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行了版圖的設(shè)計(jì),最終設(shè)計(jì)的像素面積為50μm×50μm,每個(gè)像素內(nèi)不僅僅包括TAC模塊,還包括TIA模塊,芯片的總面積是4166μm×4066μm,一共集成4096個(gè)像素單元,因此該像素級(jí)TAC的設(shè)計(jì)符合焦平面讀出電路的需求。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN215

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2720854