近年來(lái),太赫茲?rùn)z測(cè)和成像技術(shù)在物理、天文、生物和信息等多個(gè)領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。而讀出電路作為太赫茲?rùn)z測(cè)器的核心部件,對(duì)整個(gè)檢測(cè)與成像系統(tǒng)的性能至關(guān)重要,因此其設(shè)計(jì)研究一直是當(dāng)前熱點(diǎn)。本文以Nb_5N_6微測(cè)輻射熱計(jì)為太赫茲?rùn)z測(cè)器,采用TSMC 0.18μm CMOS工藝,對(duì)4×4陣列讀出電路進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),以便為后續(xù)大規(guī)模陣列讀出電路的工作開(kāi)展作參考。本文設(shè)計(jì)的陣列讀出電路主要由電容反饋跨阻放大器、帶隙基準(zhǔn)、相關(guān)雙采樣電路、開(kāi)關(guān)電容放大器和時(shí)序電路構(gòu)成。為實(shí)現(xiàn)微弱太赫茲信號(hào)的檢測(cè),本文采用電容反饋跨阻放大器作為前端讀出電路,通過(guò)調(diào)節(jié)積分電容的大小可獲得較高的跨阻增益,同時(shí)該結(jié)構(gòu)還具有較低的噪聲和較高的動(dòng)態(tài)范圍等優(yōu)點(diǎn),其核心運(yùn)放則采用兩級(jí)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)較高的增益和較大的輸出擺幅;為提高系統(tǒng)的完整性,部分偏置電壓由內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)電路產(chǎn)生;為提高電路的信噪比,采用相關(guān)雙采樣技術(shù)減小直流失調(diào)、低頻噪聲和KTC噪聲等;為抑制列KTC噪聲和列固定圖形噪聲,采用開(kāi)關(guān)電容放大器作為輸出級(jí),并為后級(jí)ADC轉(zhuǎn)換提供穩(wěn)定的直流電平;為滿足成像需求,設(shè)計(jì)4×4陣列讀出電路的系統(tǒng)架構(gòu)和時(shí)序控制電路,并采用復(fù)接器將低速數(shù)字信號(hào)復(fù)接為一路高速數(shù)字信號(hào)輸出,從而減少引出焊盤的數(shù)量。整個(gè)電路的芯片面積為1.9mm×1.2mm,后仿真結(jié)果表明:當(dāng)電源電壓為1.8V,輸入主時(shí)鐘為1MHz時(shí),在tt工藝角下,讀出電路能夠檢測(cè)信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍約為50dB,并且輸出具有較好的線性度;讀出幀率為49Hz,單個(gè)像素功耗約為0.94mW,適用于大規(guī)模陣列讀出電路的實(shí)現(xiàn)。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN386.1
【部分圖文】：

2-4 不同尺寸的 Nb5N6微測(cè)輻射熱計(jì)及低噪聲放大器的噪聲功率譜析可知，雖然增大電阻能夠提高器件的電壓響應(yīng)率，但同時(shí)也會(huì)引入盲目采用大電阻器件，需要折衷考慮。的主要性能參數(shù)路陣列時(shí)，主要關(guān)注以下幾個(gè)性能：讀出陣列中一個(gè)像元單元的面積，其大小會(huì)限制讀出陣列的集成度赫茲波段，像元尺寸較大，則設(shè)計(jì)大規(guī)模陣列時(shí)，對(duì)微加工技術(shù)的采用 2n×2n格式或 VGA（Video Graphic Array）格式，如 64×

圖 3-14 帶隙基準(zhǔn)電壓輸出隨電源電壓變化仿真曲線是衡量輸出的基準(zhǔn)電壓隨溫度變化的性能指標(biāo)，通常用 10-6數(shù)量級(jí)來(lái)表電壓精度越高。在 ff、tt 和 ss 工藝角下，分別對(duì)基準(zhǔn)電路進(jìn)行溫度掃描，下依次是 ff、tt 和 ss 工藝角下的仿真結(jié)果。從圖中可知，在不同工藝角

不同工藝角下的帶隙基準(zhǔn)電壓溫度特性仿真波形
【參考文獻(xiàn)】

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1 楊洋;王力;耿小丕;;返波管振蕩器與熱釋電探測(cè)器在太赫茲領(lǐng)域中的應(yīng)用[J];中國(guó)儀器儀表;2014年05期

2 金偉其;田莉;王宏臣;蔡毅;王鵬;;THz焦平面探測(cè)器及其成像技術(shù)發(fā)展綜述[J];紅外技術(shù);2013年04期

3 涂學(xué)湊;康琳;劉新華;毛慶凱;萬(wàn)超;陳健;金飚兵;吉爭(zhēng)鳴;許偉偉;吳培亨;;Nb_5 N_6 microbolometer arrays for terahertz detection[J];Chinese Physics B;2013年04期

4 楊光鯤;袁斌;謝東彥;申小丹;;太赫茲技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用[J];激光與紅外;2011年04期

5 姚建銓;;太赫茲技術(shù)及其應(yīng)用[J];重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年06期

6 曾強(qiáng);呂堅(jiān);蔣亞?wèn)|;;一種紅外CMOS讀出電路相關(guān)雙采樣結(jié)構(gòu)[J];微處理機(jī);2009年06期

7 牧凱軍;張振偉;張存林;;太赫茲科學(xué)與技術(shù)[J];中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào);2009年03期

8 房駿,李言謹(jǐn),陳新禹,方家熊;線列紅外焦平面中幾種相關(guān)采樣法分析[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);1999年01期

本文編號(hào)：2864819