發(fā)布時間：2020-07-29 21:14

【摘要】：紅外熱成像技術是當今夜視技術的重要組成部分。非制冷紅外成像儀憑借其體積小、重量輕、容易便攜等優(yōu)點已經成為當今紅外熱成像技術的發(fā)展重點。在物聯(lián)網與計算機視覺蓬勃發(fā)展的今天,非制冷紅外成像技術將會承擔更多的目標探測功能。非制冷紅外成像儀的核心部件為非制冷紅外焦平面陣列及其讀出電路,其中讀出電路主要是完成焦平面像元電學特性變化的轉換、放大、采樣、輸出等功能。根據(jù)非制冷紅外熱成像技術的基本原理,本文首先介紹了紅外熱成像理論,為讀出電路的設計與分析提供理論基礎。本文所提出的讀出電路由偏置電路模塊、CTIA積分放大模塊、采樣保持模塊和時序控制模塊組成。在對比了電壓偏置與電流偏置兩類偏置方式后,本文選擇了線性范圍更大的電流偏置方式作為讀出電路的偏置電路。本文還分析了5種積分放大電路的優(yōu)缺點和應用范圍,最后選擇了電容反饋跨阻放大器(CTIA)作為讀出電路的積分放大模塊。為了抑制讀出電路輸出信號所含有的低頻噪聲,本文采用了基于相關雙采樣策略的采樣保持電路。最后通過仿真驗證了此讀出電路的可行性。本文還對所設計的讀出電路進行噪聲分析。在改變偏置電流大小、積分時間長短的情況下分析了系統(tǒng)性能。為實際工程中電路相關參數(shù)的選擇提供了理論基礎,針對實際系統(tǒng)的幀率、輸出強度、溫度分辨率選擇合理的電路參數(shù)。本文對非制冷紅外焦平面陣列像元響應的非均勻性進行了分析,介紹了兩類常用的校正方法,并提出了基于偏置電流的非制冷焦平面非均勻性校正方法,完成對像元初始阻值和吸收效率差異的校正。對校正方法進行了仿真驗證。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN21
【圖文】：

會困難重重（Leathers 等，2005，2006；Fischer 等 2007），因此研究和設計高性能的讀出電路是從根本上提高系統(tǒng)整體性能的有效途徑。由于紅外成像技術在軍事上應用廣泛，歐美發(fā)達國家將高性能、高分辨率的紅外成像系統(tǒng)相關技術嚴格保密，因此設計擁有自主產權的讀出電路也顯得十分必要。由于讀出電路需要將微弱的電學信號有效放大讀出，這也為其他場景所需要的高性能微弱信號讀出電路（徐斌，2010）的設計提供思路。1.2 紅外成像技術概況紅外成像系統(tǒng)是指能對外界紅外輻射強度做出響應，并用于成像的儀器，由能對紅外輻射產生響應的二維傳感器陣列以及信號讀出電路構成，前者即紅外焦平面陣列，其中的傳感器被稱為響應像元或像元，后者即讀出電路。其原理和組成部分如圖 1.1 所示。

非制冷紅外焦平面陣列信號讀出電路設計與分析易競爭對手。2005 年該公司推出了三款不同型號的熱像儀芯片：SIM500L（像元中心距 46μm，像元數(shù) 160×120）、SIM500H（像元中心距 28μm，像元數(shù) 320×240）和 SIM500X（像元中心距 28μm，像元數(shù) 640×480）。2009 年 BAE 在 17μm小像元制備上取得突破，像元擴展至 1024×768，噪聲等效溫差不大于 35mK。位于智利拉帕納天文臺的 VISTA 天文望遠鏡裝配的超大規(guī)模焦平面陣列高達 8192×8192，該焦平面由 16 塊 2048×2048 碲鎘汞材料焦平面陣列拼接而成（Rogalski，2011），如圖 1.2（a）。雷神公司也有類似的拼接產品（唐明，2012），如圖 1.2（b）。隨著材料科學的進步以及制作工藝的不斷發(fā)展，近年來紅外成像技術發(fā)展越來越多樣化，像元規(guī)模也越來越大，同時像元中心距也越來越�。‵raenkel 等，2006）。研制單位更充分地考慮產品地應用需求以及自身

緒論電路來滿足。路的結構是把成像系統(tǒng)中處理電學信號以及光熱轉換中各種電路，其基本功能是對紅外焦平面陣列信號的轉換器或者顯示器端口。ROIC 一般是 CMOS 工藝（Vin外成像系統(tǒng)中讀出電路一般與焦平面陣列聯(lián)結或者nt 等，2015）。

【參考文獻】

相關期刊論文 前6條

1 吳昊;秦水介;;碲鋅鎘探測器低噪聲讀出電路的設計[J];電子技術與軟件工程;2017年05期

2 袁紅輝;陳永平;;非制冷紅外探測器讀出電路的非均勻性研究[J];物理學報;2015年11期

3 辛勇明;蔣亞東;羅山焱;劉子驥;;一種640×480紅外焦平面器件采集電路的設計[J];紅外技術;2012年01期

4 王然;袁凱;劉子驥;鄭興;;一種大陣列非制冷紅外探測器成像系統(tǒng)的設計[J];紅外技術;2011年07期

5 薛惠瓊;焦斌斌;何偉;歐毅;陳大鵬;葉甜春;;非制冷紅外焦平面CMOS讀出電路設計[J];電子工業(yè)專用設備;2008年05期

6 陳西曲;李祥輝;易新建;王雙保;;新型無TEC的非制冷IRFPA讀出電路研究[J];紅外與激光工程;2006年05期

相關博士學位論文 前2條

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

2 劉子驥;非制冷紅外焦平面探測器測試及驗證成像技術研究[D];電子科技大學;2013年

相關碩士學位論文 前5條

1 劉鵬云;非制冷紅外焦平面陣列讀出電路設計研究[D];北京理工大學;2015年

2 唐明;320×240非制冷紅外焦平面陣列讀出電路模擬電路研究[D];北京交通大學;2012年

3 耿靖斌;320×240規(guī)模非制冷紅外焦平面陣列讀出電路設計[D];北京交通大學;2010年

4 徐斌;微弱信號傳感器讀出電路設計[D];華東師范大學;2010年

5 姜瑾;基于標定的紅外探測器非均勻校正算法研究[D];華中科技大學;2007年

本文編號：2774502