紅外焦平面數(shù)字式讀出電路設(shè)計.pdf

1、近年來，隨著CMOS超大規(guī)模集成技術(shù)(VLSI)與紅外焦平面陣列(Infrared focal plane array，IRFPA)技術(shù)在探測器材料、讀出電路、智能芯片等領(lǐng)域的不斷結(jié)合，紅外焦平面讀出電路的研制已成了時代的迫切需要。而數(shù)字集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展帶來了前所未有的高復(fù)雜信號的處理能力，人們希望把紅外焦平面模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號來處理，實(shí)現(xiàn)信號的數(shù)字式讀出。 本文的目標(biāo)是研制128x2紅外焦平面陣列數(shù)字式讀出電路，它是

2、將探測元同讀出電路緊密契接，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換并按模式設(shè)置輸出數(shù)字圖像信號的集成電路芯片。核心為低功耗ADC(Analog to Digital Converter)設(shè)計。在比較了各種ADC的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)之后，綜合考慮到轉(zhuǎn)換速率、精度和功耗等方面的因素以及系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文采用直接注入式前置信號處理電路和像素級∑△ADC結(jié)合的結(jié)構(gòu)。 文章首先從紅外焦平面陣列入手，介紹和分析了紅外焦平面讀出電路原理、分類，提出了本設(shè)計所采用的數(shù)字式讀出電路

3、總體實(shí)現(xiàn)方案和特點(diǎn)及其時序設(shè)計要求。而后對本紅外焦平面電路所采用的∑△ADC的相關(guān)理論、結(jié)構(gòu)、工作原理和誤差分析進(jìn)了詳細(xì)論述說明，并根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的數(shù)字處理方案，即使用計數(shù)器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的級聯(lián)的降采樣濾波器結(jié)構(gòu)，大大縮減了芯片面積，同時也使得系統(tǒng)功耗有所降低。接著著重對∑△ADC的單元電路進(jìn)行了設(shè)計和仿真分析，包括本文所采用的一階∑△調(diào)制器中運(yùn)算放大器、開關(guān)電容積分器、比較器和兩相時鐘產(chǎn)生電路等模塊的設(shè)計以及數(shù)字降采樣部分