紅外探測成像技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、偵測半徑長以及可全天候工作等優(yōu)點(diǎn),在軍事、民用和科學(xué)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。在航天應(yīng)用場景中,中長波紅外探測器經(jīng)常面臨較高的宇宙背景輻射。主流應(yīng)用的碲鎘汞紅外探測器本身暗電流較大,并且各像元的暗電流具有較大的非均勻性。這時(shí),采用常規(guī)讀出電路方案時(shí)其輸出信號動(dòng)態(tài)范圍過小,甚至部分像元信號電壓無法讀出,這大大降低了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。針對性這個(gè)問題,本文設(shè)計(jì)了逐元暗電流抑制的讀出電路。綜合考慮了各種讀出電路的輸入級結(jié)構(gòu),采用CTIA型放大器,來獲得穩(wěn)定的探測器兩端偏壓。設(shè)計(jì)并采用了電流鏡和電流存儲單元相結(jié)合的技術(shù),由電流鏡進(jìn)行完整背景整體抑制,由電流存儲單元完成逐元暗電流抑制。同時(shí)采用低功耗的相關(guān)雙采樣結(jié)構(gòu)來降低電路功耗,使得該結(jié)構(gòu)便于應(yīng)用于焦平面陣列。電路采用CSMC0.5um Double Poly Triple Metal Mixed Signal工藝完成電路流片。電路仿真結(jié)果表明,暗電流抑制結(jié)構(gòu)可以大大增加電路積分時(shí)間。同時(shí),該讀出結(jié)構(gòu)的暗電流非均勻性抑制比可達(dá)-22.7d B,輸出信號擺幅抑制達(dá)-17d B,讀出信號線性度達(dá)97.6%,最小測量對比度小于-... 

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 碲鎘汞紅外探測器發(fā)展及挑戰(zhàn)
    1.3 國內(nèi)外暗電流非均勻性問題的研究狀況
        1.3.1 自歸零法
        1.3.2 電流復(fù)制單元法
    1.4 本論文的研究意義和主要內(nèi)容
第二章 紅外探測器讀出電路設(shè)計(jì)分析
    2.1 探測器材料結(jié)構(gòu)以及與讀出電路耦合方式
    2.2 紅外探測器成像系統(tǒng)要求
        2.2.1 探測器偏置電壓
        2.2.2 注入效率和帶寬
        2.2.3 電荷存儲容量
        2.2.4 噪聲
        2.2.5 動(dòng)態(tài)范圍
        2.2.6 讀出速率
        2.2.7 積分時(shí)間
        2.2.8 陣列尺寸與間距
        2.2.9 功耗
        2.2.10 工作溫度
    2.3 讀出電路的工作原理
    2.4 讀出電路的輸入級結(jié)構(gòu)
        2.4.1 源隨器型（Source-Follower Per Detector）
        2.4.2 直接注入型（Direct Injection）
        2.4.3 柵極調(diào)制輸入型(Gate-Modulation Input)
        2.4.4 緩沖直接注入型(Buffered Direct Injection)
        2.4.5 電容跨阻抗放大器型(Capacitive Transimpedance Amplifier)
        2.4.6 緩沖共享直接注入型(Share-Buffered Direct Injection)
    2.5 讀出電路后端結(jié)構(gòu)
        2.5.1 采樣保持電路
        2.5.2 輸出級電路
        2.5.3 移位寄存器
    2.6 小結(jié)
第三章 列讀出電路的前端設(shè)計(jì)
    3.1 整體電路結(jié)構(gòu)框架
    3.2 積分讀出電路設(shè)計(jì)
    3.3 電流鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.4 電流存儲單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.4.1 電流存儲單元概念
        3.4.2 本文采用的電流存儲單元結(jié)構(gòu)
    3.5 采樣保持電路設(shè)計(jì)
        3.5.1 相關(guān)雙采樣電路（CDS）
        3.5.2 移位寄存器
    3.6 電路工作過程及時(shí)序
    3.7 電路仿真結(jié)果
        3.7.1 積分電壓仿真
        3.7.2 相關(guān)雙采樣控制邏輯
        3.7.3 功能性仿真
        3.7.4 讀出信號線性度
        3.7.5 最小測量對比度
        3.7.6 存儲電流保持時(shí)間和精度
        3.7.7 噪聲仿真分析
    3.8 小結(jié)
第四章 線列讀出電路的后端設(shè)計(jì)
    4.1 單元電路版圖設(shè)計(jì)
        4.1.1 移位寄存器
    4.2 可靠性/安全性設(shè)計(jì)與分析
        4.2.1 抗閂鎖設(shè)計(jì)
        4.2.2 防靜電放電設(shè)計(jì)
        4.2.3 抗輻射能力設(shè)計(jì)
    4.3 版圖驗(yàn)證
    4.4 小結(jié)
第五章 電路測試及結(jié)果分析
    5.1 測試說明
        5.1.1 器件接口
        5.1.2 測試平臺搭建
    5.2 77K低溫杜瓦封裝電路測試
    5.3 響應(yīng)不均勻性
    5.4 噪聲測試
    5.5 功耗測試
    5.6 小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[5]紅外探測器背景抑制讀出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J]. 趙晨,丁瑞軍.  激光與紅外. 2007(S1)
[6]一種紅外探測器專用77K工作CMOS前置放大器[J]. 袁紅輝,袁劍輝,王京輝.  半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2005(04)



本文編號：3677543