隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人類探索并研究“肉眼不可見事物”的能力逐步提升,其中單光子檢測(cè)計(jì)數(shù)成像便是其中一個(gè)典型范例,隨著半導(dǎo)體材料、器件和電路的不斷革新,大幅提高了微光探測(cè)技術(shù)的檢測(cè)能力并拓寬了其應(yīng)用范圍。其中,SiC APD探測(cè)器憑借對(duì)微弱紫外光的靈敏感應(yīng),在高壓設(shè)備故障檢測(cè)應(yīng)用中發(fā)揮不可替代的作用,但是隨著APD陣列規(guī)模逐漸增大,像元串?dāng)_、寄生效應(yīng)和噪聲干擾等非理想因素影響逐漸增大,使得大陣列ROIC讀出電路的設(shè)計(jì)和優(yōu)化面臨更大的挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)不同光強(qiáng)條件下的高探測(cè)率,本文設(shè)計(jì)了一種探測(cè)模式可配置的數(shù)字式光子計(jì)數(shù)讀出電路,可與1×8線陣型SiC APD互聯(lián)集成。首先,本論文分析并闡述了影響光子探測(cè)率的各種因素,在固定門控探測(cè)模式的基礎(chǔ)上,基于時(shí)間和空間耦合的想法,提出了一種互補(bǔ)門控探測(cè)模式,控制原有兩像素交替工作,等效為一個(gè)新的單像素,以確保強(qiáng)光條件下的高探測(cè)率,并完成在大陣列系統(tǒng)下相應(yīng)的工作時(shí)序設(shè)計(jì)和ROIC讀出電路的設(shè)計(jì)。其次,為滿足各模塊對(duì)時(shí)鐘頻率的不同需求,設(shè)計(jì)快速鎖定的鎖頻環(huán)時(shí)鐘電路,產(chǎn)生占空比50%,頻率為50MHs的時(shí)鐘,且經(jīng)多分頻處理后供ROIC使用。在此基礎(chǔ)上,完... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
        1.2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 發(fā)展趨勢(shì)
    1.3 研究?jī)?nèi)容和指標(biāo)
        1.3.1 研究?jī)?nèi)容
        1.3.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)
    1.4 論文結(jié)構(gòu)安排
第二章 門控采樣光子計(jì)數(shù)讀出電路
    2.1 光子計(jì)數(shù)探測(cè)原理
        2.1.1 電暈放電現(xiàn)象
        2.1.2 單光子檢測(cè)計(jì)數(shù)技術(shù)
    2.2 光子探測(cè)效率影響因素
        2.2.1 APD性能約束
        2.2.2 光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)誤差
    2.3 光子計(jì)數(shù)讀出電路
        2.3.1 讀出電路架構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.3.2 淬滅電路
        2.3.3 數(shù)據(jù)鎖存與傳輸
    2.4 固定門控探測(cè)模式
    2.5 互補(bǔ)門控探測(cè)模式
    2.6 本章小結(jié)
第三章 門控采樣光子計(jì)數(shù)讀出電路設(shè)計(jì)
    3.1 光子計(jì)數(shù)讀出電路模塊設(shè)計(jì)
    3.2 信號(hào)同步模塊
        3.2.1 探測(cè)模式選擇電路
        3.2.2 復(fù)位信號(hào)控制電路
        3.2.3 幀字位同步電路
    3.3 像素電路模塊
        3.3.1 hold-off-time 電路
        3.3.2 計(jì)數(shù)器和鎖存器
        3.3.3 單像素電路設(shè)計(jì)
    3.4 內(nèi)嵌時(shí)鐘模塊
        3.4.1 鎖頻環(huán)電路設(shè)計(jì)
        3.4.2 信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)
    3.5 線陣型讀出電路系統(tǒng)功能仿真驗(yàn)證
        3.5.1 線陣1×8系統(tǒng)
        3.5.2 ROIC系統(tǒng)功能仿真驗(yàn)證
        3.5.3 系統(tǒng)功耗仿真
    3.6 本章小結(jié)
第四章 版圖設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證
    4.1 ROIC系統(tǒng)版圖布局
    4.2 版圖設(shè)計(jì)
        4.2.1 信號(hào)同步電路版圖設(shè)計(jì)
        4.2.2 鎖頻環(huán)電路
        4.2.3 單像素電路
        4.2.4 線陣像素模塊
        4.2.5 ROIC芯片完整版圖
    4.3 模塊電路后仿真驗(yàn)證
        4.3.1 探測(cè)模式選擇電路
        4.3.2 信號(hào)同步模塊電路
        4.3.3 內(nèi)嵌時(shí)鐘鎖頻環(huán)電路
    4.4 像素電路后仿真驗(yàn)證
    4.5 ROIC系統(tǒng)功能驗(yàn)證
    4.6 本章小結(jié)
第五章 芯片測(cè)試與分析
    5.1 芯片測(cè)試平臺(tái)
        5.1.1 ROIC芯片封裝
        5.1.2 印刷電路板設(shè)計(jì)
        5.1.3 測(cè)試平臺(tái)搭建
    5.2 ROIC芯片關(guān)鍵模塊測(cè)試與分析
        5.2.1 內(nèi)嵌時(shí)鐘模塊
        5.2.2 幀字位信號(hào)同步電路
        5.2.3 探測(cè)模式選擇電路
        5.2.4 Hold-off-time電路
    5.3 ROIC芯片性能測(cè)試與分析
        5.3.1 固定門控探測(cè)模式
        5.3.2 互補(bǔ)門控探測(cè)模式
    5.4 紫外探測(cè)成像系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證
        5.4.1 APD暗計(jì)數(shù)測(cè)試
        5.4.2 紫外探測(cè)成像功能驗(yàn)證
    5.5 芯片測(cè)試結(jié)果分析
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 未來研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和參與申請(qǐng)的專利


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]紫外成像技術(shù)對(duì)高壓電氣設(shè)備外絕緣電暈放電檢測(cè)及故障診斷的研究[D]. 馬斌.武漢大學(xué) 2010
[2]APD光子計(jì)數(shù)成像技術(shù)研究[D]. 寇松峰.南京理工大學(xué) 2010

碩士論文
[1]高性能紫外探測(cè)器新結(jié)構(gòu)及其CMOS讀出電路研究[D]. 趙永嘉.湘潭大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3637120