本文關(guān)鍵詞：高線性度低功耗紅外焦平面陣列讀出電路的研究

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【摘要】：紅外成像技術(shù)在軍事,商業(yè),工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用市場。紅外焦平面陣列讀出電路是紅外成像技術(shù)的核心部分,它的性能在紅外成像系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性的作用。本文主要的工作內(nèi)容為兩點,一是研究高線性度低功耗的紅外讀出單元電路;二是完成32x32陣列讀出電路系統(tǒng)設(shè)計,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高準確讀出。首先,對紅外讀出單元電路的三個部分分別進行改進,包括像素單元,列讀出級電路,輸出緩沖單元。針對像素單元,本文設(shè)計了一種新型結(jié)構(gòu),在原有單端CTIA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,引入共源共柵和增益自舉結(jié)構(gòu),提高積分電路輸出信號的線性度。同時,將行選開關(guān)連接在采樣電容的左端,并通過適當(dāng)?shù)臅r序,完全消除采樣開關(guān)引入的非線性影響。在輸入積分光電流為2nA到60nA的范圍內(nèi),像素單元輸出電壓的線性度為99.65%,單個像素單元的功耗為438.58nW。針對列讀出級電路,根據(jù)紅外圖像對比度較低這一特點,設(shè)計了一種新型從運放結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)主從結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,引進電壓檢測電路,顯著的降低從運放的工作電流。仿真結(jié)果表明,改進結(jié)構(gòu)的從運放最小功耗比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的從運放降低了43%,整體改進列讀出級結(jié)構(gòu)輸出信號的線性度為99.3%。針對輸出緩沖單元,采用兩級CMOS結(jié)構(gòu),輸入級使用NMOS管和PMOS管并聯(lián)的互補折疊式共源柵結(jié)構(gòu),滿足大擺幅,高增益的輸入,輸出級使用AB類共源推挽輸出結(jié)構(gòu),滿足大擺幅,高線性度的輸出。模擬結(jié)果表明,該輸出緩沖器線性度為99.53%,總功耗為15.93mW。然后,完成32x32陣列讀出電路系統(tǒng)設(shè)計,包括模擬部分、數(shù)字部分以及整體電路設(shè)計。模擬部分采用全定制方法,完成原理圖及版圖設(shè)計;數(shù)字部分采用半定制方法,根據(jù)功能要求,完成RTL代碼編寫,功能仿真,邏輯綜合,時序分析,形式驗證,布局布線等。整體電路設(shè)計完成模擬部分和數(shù)字部分的整合并進行功能仿真,結(jié)果表明,讀出電路最后輸出信號線性度為99.43%。本論文采用CSMC 0.5μm混合信號工藝,完成整體數(shù)模混合版圖的DRC,LVS驗證。
【關(guān)鍵詞】：紅外讀出電路 非線性 低功耗 系統(tǒng)架構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN21
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-13
• 1.1 引言8
• 1.2 紅外探測器技術(shù)的發(fā)展8-10
• 1.3 高線性度低功耗讀出電路的研究意義和設(shè)計指標10-11
• 1.4 高線性度低功耗讀出電路的發(fā)展狀況11-12
• 1.5 論文組織結(jié)構(gòu)12-13
• 第二章 高線性度低功耗像素單元的研究與設(shè)計13-24
• 2.1 像素單元的線性度和功耗分析13-15
• 2.2 傳統(tǒng)單端CTIA型像素單元的設(shè)計與仿真15-18
• 2.3 高線性度低功耗像素單元的設(shè)計18-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第三章 高線性度低功耗列讀出級電路的研究與設(shè)計24-42
• 3.1 列讀出級結(jié)構(gòu)的線性度和功耗分析24-25
• 3.2 傳統(tǒng)主從列讀出級結(jié)構(gòu)的設(shè)計與仿真25-33
• 3.2.1 主運放結(jié)構(gòu)26-29
• 3.2.2 從運放結(jié)構(gòu)29-33
• 3.3 高線性度低功耗的列讀出電路的設(shè)計與仿真33-41
• 3.3.1 電壓檢測電路34-36
• 3.3.2 新型從運放結(jié)構(gòu)36-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 紅外讀出電路數(shù)字控制模塊的設(shè)計42-55
• 4.1 數(shù)字控制模塊的系統(tǒng)設(shè)計42-44
• 4.2 數(shù)字控制模塊的設(shè)計與仿真44-49
• 4.2.1 采樣信號的設(shè)計與仿真45
• 4.2.2 列復(fù)位信號的設(shè)計與仿真45-46
• 4.2.3 行選信號的設(shè)計與仿真46-47
• 4.2.4 列選信號的設(shè)計與仿真47-48
• 4.2.5 列控制信號的設(shè)計與仿真48-49
• 4.3 邏輯綜合49-51
• 4.4 靜態(tài)時序分析和形式驗證51-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 整體電路的設(shè)計與版圖繪制55-70
• 5.1 輸出緩沖單元的設(shè)計與仿真55-61
• 5.1.1 輸出緩沖單元的結(jié)構(gòu)55-58
• 5.1.2 輸出緩沖單元的仿真分析58-61
• 5.2 整體電路的仿真及非線性和功耗分析61-63
• 5.3 數(shù)�；旌险w電路的版圖實現(xiàn)63-69
• 5.3.1 模擬部分版圖繪制63-66
• 5.3.2 數(shù)字部分版圖實現(xiàn)66-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 參考文獻72-75
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文75-76
• 附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間申請的專利76-77
• 致謝77

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本文編號：791784