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数字像元红外读出电路的比较器设计
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作者 李晓飞 袁媛 喻松林 《激光与红外》 北大核心 2025年第3期382-387,共6页
红外探测器通常需要通过延长积分时间来积累更多红外信号,这就会使得传统的模拟域读出电路积分电容过早饱和,数字像元读出电路能够很好地解决该问题。目前脉冲频率调制型A/D转换结构被广泛应用于像素级ADC方案。比较器作为脉冲频率调制... 红外探测器通常需要通过延长积分时间来积累更多红外信号,这就会使得传统的模拟域读出电路积分电容过早饱和,数字像元读出电路能够很好地解决该问题。目前脉冲频率调制型A/D转换结构被广泛应用于像素级ADC方案。比较器作为脉冲频率调制型A/D转换单元的重要组成部分,其性能表现直接影响ADC的性能。本文设计了一款带有迟滞功能的比较器,应用于数字像元红外读出电路,具有低噪声、低功耗的特点,基于0.18μm CMOS工艺进行设计,通过仿真验证,与设计目标相比具有较好的符合度。 展开更多
关键词 数字像 红外读出电路 低功耗 迟滞比较器
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甚长波红外焦平面超大电荷容量数字读出电路技术
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作者 毛文彪 陈楠 +6 位作者 张济清 钟昇佑 姚立斌 王向前 丛树仁 师奕峰 李正芬 《红外技术》 北大核心 2025年第8期929-936,共8页
甚长波红外探测器在红外成像系统、光谱探测和深空探测等中有着重要应用。相比于中波和长波探测器,甚长波红外探测器的光电流和暗电流明显增加,探测器的偏置电压更加离散和敏感,本文采用数字积分技术和多电源域技术,解决了甚长波探测器... 甚长波红外探测器在红外成像系统、光谱探测和深空探测等中有着重要应用。相比于中波和长波探测器,甚长波红外探测器的光电流和暗电流明显增加,探测器的偏置电压更加离散和敏感,本文采用数字积分技术和多电源域技术,解决了甚长波探测器的温度灵敏度受到积分时间限制和宽偏置电压范围要求等问题。采用0.13μm的CMOS工艺,设计并流片加工了面阵规格分别为320×256(像元中心间距为30μm)和640×512(像元中心间距为25μm)的两款数字读出电路,ADC位数为16bit,电荷容量达到11.8 Ge^(-),探测器偏置电压范围扩展到2.2 V,经测试,两款电路的功耗分别为53.1m W和149.6 m W(@100 Hz帧频)。耦合了320×256和640×512甚长波碲镉汞红外探测器,半阱条件下,NETD分别达到8.01 mK和9.29 mK,积分时间10 ms时,动态范围达到90 dB以上。本文的数字积分读出电路与传统模拟积分读出电路相比,显著地扩展了电荷容量,延长了甚长波探测器的积分时间,有效提升了温度灵敏度和动态范围。 展开更多
关键词 红外焦平面阵列 数字读出电路 甚长波红外探测器 数字像 超大电荷容量
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采用APD单光子阵列读出集成电路的红外测距技术 被引量:5
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作者 吴金 俞向荣 +2 位作者 史书芳 郑丽霞 孙伟锋 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第6期69-74,共6页
红外单光子探测因其超高的检测灵敏度和信噪比,有效提升了弱光检测系统的性能水平。基于TSMC 0.35μm CMOS工艺,提出了一种阵列型数字式红外读出电路及其应用系统的设计方法。采用由OSC多相时钟构成的低段全局共享TDC和高段像素独享TDC... 红外单光子探测因其超高的检测灵敏度和信噪比,有效提升了弱光检测系统的性能水平。基于TSMC 0.35μm CMOS工艺,提出了一种阵列型数字式红外读出电路及其应用系统的设计方法。采用由OSC多相时钟构成的低段全局共享TDC和高段像素独享TDC的两段式阵列结构,在170 MHz时钟频率下,实测获得了小于1 ns的时间分辨率和3μs的量程,并在1 k Hz的帧率下采用串行模式输出数据,经相关数据处理,最终实现测距轮廓成像的功能。 展开更多
关键词 读出集成电路 接口 时间数字转换器 光子 雪崩光电二极管
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大动态范围、高灵敏度红外焦平面数字像元读出电路技术(特邀) 被引量:10
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作者 陈楠 张济清 +4 位作者 毛文彪 李雄军 宋林伟 高玲 姚立斌 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期11-21,共11页
长波红外探测器一直以来受到读出电路电荷存储容量的限制,导致信噪比、动态范围和灵敏度都难以提升,制约了长波红外成像系统的发展和应用。文中对比分析了模拟像元和数字像元读出电路技术,介绍了数字像元焦平面的发展现状和主要架构。... 长波红外探测器一直以来受到读出电路电荷存储容量的限制,导致信噪比、动态范围和灵敏度都难以提升,制约了长波红外成像系统的发展和应用。文中对比分析了模拟像元和数字像元读出电路技术,介绍了数字像元焦平面的发展现状和主要架构。采用脉冲频率调制方案设计了384×288(25μm)和256×256 (30μm)两款数字像元读出电路,其中比较器设计提高了功耗效率和强壮性,并耦合碲镉汞探测器形成长波数字焦平面探测器组件进行测试,结果与国内外相关工作进行比较分析,峰值噪声等效温差分别达到3.4 mK和1.9 mK,动态范围达到96 dB。测试结果表明,数字像元技术显著提升了长波红外焦平面的灵敏度和动态范围,是提高红外探测器性能的有效途径。 展开更多
关键词 红外焦平面 读出电路 数字像 高灵敏度 高动态范围
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高性能低噪声数字读出电路 被引量:10
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作者 姚立斌 陈楠 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期75-84,共10页
红外焦平面的数字读出是信息化发展的必然方向,其关键技术是数字读出电路。介绍了数字读出电路的发展现状和主要架构,重点分析了时间噪声和空间噪声的来源和影响,并给出低噪声设计指导。同时对线性度、动态范围和帧频等主要性能进行了讨... 红外焦平面的数字读出是信息化发展的必然方向,其关键技术是数字读出电路。介绍了数字读出电路的发展现状和主要架构,重点分析了时间噪声和空间噪声的来源和影响,并给出低噪声设计指导。同时对线性度、动态范围和帧频等主要性能进行了讨论,设计了两款数字读出电路。采用列级ADC数字读出架构设计了640×512数字焦平面探测器读出电路,读出噪声测试结果为150μV,互连中波探测器测试NETD为13 m K。基于数字像元读出架构设计了384×288数字焦平面探测器读出电路,互连长波探测器测试NETD小于4 m K,动态范围超过90 dB,帧频达到1000 Hz。所设计的两款读出电路有效提升了红外焦平面的灵敏度、动态范围和帧频等性能,表明数字读出电路技术对红外探测器性能的提升具有重要作用。 展开更多
关键词 红外焦平面 数字读出电路 列级ADC 数字像 低噪声
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1280×1024,10μm数字红外焦平面读出电路设计(特邀) 被引量:3
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作者 钟昇佑 姚立斌 +1 位作者 范明国 李正芬 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期1-8,共8页
焦平面红外探测器的数字读出是其发展的一个重要方向,相比传统的模拟红外焦平面探测器,数字红外焦平面探测器具有诸多优势。数字红外焦平面探测器的核心在于数字读出电路。文中详细介绍了1280×1024,10μm数字焦平面读出电路的设计... 焦平面红外探测器的数字读出是其发展的一个重要方向,相比传统的模拟红外焦平面探测器,数字红外焦平面探测器具有诸多优势。数字红外焦平面探测器的核心在于数字读出电路。文中详细介绍了1280×1024,10μm数字焦平面读出电路的设计和实现。通过对读出电路的测试得到其噪声为157μV,在50 Hz帧频下功耗为165 mW,列级固定图案噪声为0.1%。所设计的数字读出电路与短波红外探测器成功实现了倒装焊互连并完成了成像,所成图像清晰、细节丰富。测试结果和探测器成像效果表明,所设计的数字读出电路具有低噪声、高传输带宽、高抗干扰性等特点,有助于提升红外焦平面探测器的各项性能。 展开更多
关键词 红外焦平面探测器 数字读出电路 大面阵 像元 列级ADC
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一种改进部分元等效电路模型及其在互连封装分析中的应用 被引量:2
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作者 曹毅 李征帆 毛吉峰 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第6期737-740,共4页
提出了一种改进的部分元等效电路模型 ,它以矢量磁位的积分表达式和洛仑兹规范代替了矢量磁位和标量电位的积分表达式 ,对积分方程进行展开 .避免了复杂介质结构中的电容矩阵提取 ,节省了计算时间 .同时 ,它以描述系统的改进节点法方程 ... 提出了一种改进的部分元等效电路模型 ,它以矢量磁位的积分表达式和洛仑兹规范代替了矢量磁位和标量电位的积分表达式 ,对积分方程进行展开 .避免了复杂介质结构中的电容矩阵提取 ,节省了计算时间 .同时 ,它以描述系统的改进节点法方程 ( MNA)代替了具体的等效电路 .该模型可方便地嵌入更大的系统进行分层次的综合分析 .数值计算的结果与文献值吻合较好 。 展开更多
关键词 高速数字集成电路 互连 封装 部分等效电路
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混合像素传感器阵列外围拥塞缓解读出电路设计
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作者 张浩楠 魏晓敏 +4 位作者 蔡耀 王佳 郑然 薛菲菲 胡永才 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2023年第4期698-706,共9页
介绍了一种混合像素传感器的外围数字读出电路,适用于高能粒子探测、生物医学成像等领域。该外围读出电路由拥塞缓解电路、持续仲裁电路与循环仲裁电路组成。分析了粒子集群的特征和不同数据路由策略对电路的影响,采用间隔n列通道共享... 介绍了一种混合像素传感器的外围数字读出电路,适用于高能粒子探测、生物医学成像等领域。该外围读出电路由拥塞缓解电路、持续仲裁电路与循环仲裁电路组成。分析了粒子集群的特征和不同数据路由策略对电路的影响,采用间隔n列通道共享存储器与持续/循环仲裁两种策略,缓解瞬时大量粒子击中时的信息损失问题。仿真结果表明,拥塞缓解电路较传统电路在200 kHz对撞频率下,数据读出能力提升43%,当传感器阵列击中比例达3%时,粒子信息损失减少23.43%。采用0.13μm CMOS工艺,64通道拥塞缓解外围数字电路的面积为219664μm^(2),对比未经拥塞缓解处理电路,数字外围电路面积减小13.26%。 展开更多
关键词 粒子探测 外围数字读出电路 资源共享 拥塞缓解 数字集成电路
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数字红外焦平面探测器(特邀) 被引量:2
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作者 姚立斌 陈楠 +4 位作者 胡窦明 王英 毛文彪 钟昇佑 张济清 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期90-100,共11页
相比传统的模拟红外焦平面探测器,数字红外焦平面探测器具有很多技术优势,是红外焦平面探测器技术的重要发展方向。首先,介绍了数字红外焦平面探测器国内外的研发现状,从信号处理以及应用的角度分析了模拟红外焦平面探测器与数字红外焦... 相比传统的模拟红外焦平面探测器,数字红外焦平面探测器具有很多技术优势,是红外焦平面探测器技术的重要发展方向。首先,介绍了数字红外焦平面探测器国内外的研发现状,从信号处理以及应用的角度分析了模拟红外焦平面探测器与数字红外焦平面探测器的区别与特点;然后,又详细介绍了列级ADC数字读出集成电路以及数字像元读出集成电路的架构及具体电路模块,分析了数字读出集成电路的各模块电路及与性能的关系,并展望了数字读出集成电路的技术发展趋势。随着红外焦平面探测器向大面阵、小像元及高性能发展,对数字读出集成电路也提出更高的技术要求。通过读出集成电路架构以及模块电路的技术提升,列级ADC数字读出集成电路将普遍应用于大面阵、小像元红外焦平面探测器,而数字像元读出集成电路将普遍应用于长波红外焦平面探测器。 展开更多
关键词 数字红外焦平面探测器 数字读出集成电路 列级ADC数字读出集成电路 数字像元读出集成电路
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向数字化发展的红外焦平面列阵 被引量:6
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作者 王忆锋 陆剑鸣 《红外技术》 CSCD 北大核心 2013年第4期195-201,222,共8页
在过去数年里,红外焦平面列阵(FPA)取得了显著进步,近来的研发重点已经集中到硅读出集成电路(ROIC)上,帧频增加、引入新型的信号处理功能是该领域的重要进展。因为优于具有模拟信号输出的探测器,具有数字信号输出的FPA备受关注。数模转... 在过去数年里,红外焦平面列阵(FPA)取得了显著进步,近来的研发重点已经集中到硅读出集成电路(ROIC)上,帧频增加、引入新型的信号处理功能是该领域的重要进展。因为优于具有模拟信号输出的探测器,具有数字信号输出的FPA备受关注。数模转换器(ADC)在芯片上的实现是数字FPA的基础,片上ADC有三种结构,即芯片级ADC、列级ADC和像元级ADC。主要通过对部分有关英语文献资料的归纳分析,介绍了数字化FPA的发展动向和趋势。 展开更多
关键词 数字化FPA 读出集成电路 红外成像系统 模数转换器
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