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512×512高能效、大满阱容量红外焦平面读出电路
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作者 王秋玮 叶茂 +1 位作者 李尧 赵毅强 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第10期57-71,共15页
面向红外焦平面读出电路的低功耗、低噪声、大满阱容量的需求,设计了一款512×512高能效、大满阱容量的红外焦平面读出电路。该读出电路兼容全局曝光(GS)和卷帘曝光(RS)模式、边积分边读出(IWR)和先积分后读出(ITR)模式和可编程开... 面向红外焦平面读出电路的低功耗、低噪声、大满阱容量的需求,设计了一款512×512高能效、大满阱容量的红外焦平面读出电路。该读出电路兼容全局曝光(GS)和卷帘曝光(RS)模式、边积分边读出(IWR)和先积分后读出(ITR)模式和可编程开窗功能,可通过SPI接口智能化配置。像素具有暗电流抵消、暗电流补偿功能,并通过像素合并技术增大积分电容以提高满阱容量。列并行读出通道中,可编程增益放大器(PGA)在放大信号的同时,通过失调存储和相关双采样(CDS)技术有效降低失调电压和固定模式噪声;采用交织采样和电源门控等低功耗设计技术,大大降低了整体功耗。全差分开关电容放大器作为输出级,有效抑制了共模噪声,差分输出电压摆幅大于2 V。基于180 nm CMOS工艺,完成了512×512读出电路的设计、仿真、流片和测试。像元尺寸为10μm,最大满阱容量可达12.5 Me^(-),最大帧频可达150 Hz。测试结果表明,该读出电路的电压均方根噪声为788.5μV,在150 Hz的帧频下功耗为116.8 mW,品质因数(FoM)仅为2.97 nJ/(pixel·frame),有效地提高了芯片能效。 展开更多
关键词 红外焦平面读出电路 失调存储 相关双采样 低功耗设计 高能效 大满阱容量
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天文应用红外焦平面读出电路研究 被引量:3
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作者 梁清华 魏彦峰 +2 位作者 陈洪雷 郭晶 丁瑞军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期55-67,共13页
成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的... 成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提下尽可能地降低电路功耗以减小电路辉光对器件暗电流的影响。同时,研究非破坏性读出的数字功能,实现了超长的积分时间和信号的多帧累积,并作为一种斜坡采样的策略有效地降低读出噪声。短波HgCdTe焦平面的测试结果符合理论设计预期,开启电路非破坏性读出功能,设置6 000 s的积分时间,当电路功耗调低至14.04 mW时暗电流为0.9 e-·pixel^(-1)·s^(-1)。读出噪声在两档增益下分别为50 e-(10 fF)和27 e-(5 fF),非线性度低于0.1%。 展开更多
关键词 红外天文观测 红外焦平面读出电路 低功耗 非破坏性读出 读出噪声
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消除CDS折叠效应的增益自适应红外焦平面读出电路 被引量:1
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作者 吴双 张健怡 +1 位作者 陈洪雷 丁瑞军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期83-94,共12页
高动态范围是红外焦平面探测技术的先进发展方向之一。高集成度像元读出电路的动态范围受到小电荷存储容量和噪声的限制。所设计的增益自适应像元读出电路,小信号下为电容反馈跨阻放大器(CTIA),大信号下自动转换为变阻抗电阻反馈跨阻放... 高动态范围是红外焦平面探测技术的先进发展方向之一。高集成度像元读出电路的动态范围受到小电荷存储容量和噪声的限制。所设计的增益自适应像元读出电路,小信号下为电容反馈跨阻放大器(CTIA),大信号下自动转换为变阻抗电阻反馈跨阻放大器(RTIA),实现小信号大增益、大信号小增益的自动切换,将集成3.86 fF积分电容的CTIA电荷容量拓展到1.63 Me^(–)。在15μm像元中心距的像元内集成相关双采样(CDS)结构,大幅减小噪声。对CDS大信号注入产生的折叠效应进行理论分析,并设计抗折叠结构。采用180 nm 3.3V CMOS工艺,完成640×512规模的读出电路的设计、仿真、流片、测试。测试结果显示,该电路可消除CDS折叠效应,噪声电子数17 e^(–),动态范围拓展到99.66 dB。 展开更多
关键词 红外焦平面读出电路 增益自适应 抗折叠CDS CTIA 高动态范围 低噪声
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超高增益低噪声红外焦平面读出电路研究 被引量:2
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作者 景松 杨波 +2 位作者 黄张成 龚海梅 高海军 《红外技术》 CSCD 北大核心 2019年第12期1117-1123,共7页
高增益探测对InGaAs焦平面探测器在微光夜视条件下成像有重要意义。设计了一款InGaAs焦平面用的高增益低噪声64×64元读出电路。读出电路输入级采用CTIA模式(电容负反馈放大),通过计算发现输入级运算放大器热噪声是主要噪声源,采用... 高增益探测对InGaAs焦平面探测器在微光夜视条件下成像有重要意义。设计了一款InGaAs焦平面用的高增益低噪声64×64元读出电路。读出电路输入级采用CTIA模式(电容负反馈放大),通过计算发现输入级运算放大器热噪声是主要噪声源,采用单端替代差分运放将输入级噪声降低26%。同时,研究积分电容和增益、满阱容量、噪声的关系,将积分电容降低到1 fF,实现了超高增益和低噪声探测。读出电路采用0.18mm工艺设计,像元中心距为30mm。经过PEX(寄生参数提取)参数提取,实际积分电容为0.94 fF,经过测试芯片整体功耗低至24.1 m W,电路噪声电子数为4.37e。 展开更多
关键词 红外焦平面读出电路 高灵敏度 低噪声 MOM 积分运放
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基于红外焦平面读出电路应用的多层stack电容设计及SPICE模型研究
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作者 叶伟 戴佼容 +1 位作者 刘斯扬 孙伟锋 《航空兵器》 2014年第4期49-53,共5页
基于0.5μm CMOS工艺设计并制备了一种应用于红外焦平面读出电路的多层堆叠(stack)电容结构,测试结果表明,相比单一形式电容,stack电容的单位面积值增大两倍以上,因而能够有效地提升红外焦平面读出电路的电荷存储能力。此外,本文还为设... 基于0.5μm CMOS工艺设计并制备了一种应用于红外焦平面读出电路的多层堆叠(stack)电容结构,测试结果表明,相比单一形式电容,stack电容的单位面积值增大两倍以上,因而能够有效地提升红外焦平面读出电路的电荷存储能力。此外,本文还为设计的多层stack电容建立了一套描述其电学特性的SPICE模型,模型均方根误差在2%以内,因此可以准确描述stack电容的电学特性,满足了红外焦平面读出电路的仿真设计要求。 展开更多
关键词 红外焦平面读出电路 stack SPICE模型 BSIM3 V3模型 边缘效应
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红外焦平面探测器数字读出电路研究 被引量:19
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作者 刘传明 姚立斌 《红外技术》 CSCD 北大核心 2012年第3期125-133,共9页
读出电路是红外焦平面探测器组件的重要组成部分,其性能对探测器乃至整个红外成像系统的性能有重大影响。随着硅CMOS工艺的发展,数字化读出电路以及读出电路片上数字信号处理等功能得以实现,能够大幅度提高红外焦平面探测器的性能。以... 读出电路是红外焦平面探测器组件的重要组成部分,其性能对探测器乃至整个红外成像系统的性能有重大影响。随着硅CMOS工艺的发展,数字化读出电路以及读出电路片上数字信号处理等功能得以实现,能够大幅度提高红外焦平面探测器的性能。以红外焦平面探测器对读出电路的要求入手,分析了读出电路各性能参数对红外焦平面探测器性能的影响,介绍了读出电路的数字化技术及各种实现方式以及数字积分技术。CMOS技术的发展使得数字积分技术在红外焦平面探测器读出电路中得以实现,有效解决了读出电路的电荷存储容量不足的问题,极大地提高了探测器性能。 展开更多
关键词 红外平面探测器读出 模拟-数字转换器 数字读出 数字积分
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