高線性度低功耗紅外焦平面陣列讀出電路的研究.pdf

1、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(chǎng)。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(diǎn)，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(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高準(zhǔn)確讀出。
　　首先，對(duì)紅外讀出單元電路的三個(gè)部分分別進(jìn)行改進(jìn)，包括像素單元，列讀出級(jí)電路，輸出緩沖單元。針對(duì)像素單元，本文設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)，在原有單端CTIA結(jié)構(gòu)

2、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(hào)的線性度。同時(shí)，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(shí)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(gè)像素單元的功耗為438.58nW。針對(duì)列讀出級(jí)電路，根據(jù)紅外圖像對(duì)比度較低這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新型從運(yùn)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(jìn)電壓檢測(cè)電路，顯著的降低從運(yùn)放的工作電流。仿真結(jié)果

3、表明，改進(jìn)結(jié)構(gòu)的從運(yùn)放最小功耗比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的從運(yùn)放降低了43%，整體改進(jìn)列讀出級(jí)結(jié)構(gòu)輸出信號(hào)的線性度為99.3%。針對(duì)輸出緩沖單元，采用兩級(jí)CMOS結(jié)構(gòu)，輸入級(jí)使用NMOS管和PMOS管并聯(lián)的互補(bǔ)折疊式共源柵結(jié)構(gòu)，滿足大擺幅，高增益的輸入，輸出級(jí)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(jì)，包括模擬部分