带背景抑制的红外焦平面阵列读出电路的研究

发布时间：2019-09-10 20:02

【摘要】：非制冷红外成像技术在工业、军事和医疗等各领域获得越来越广泛的应用。红外焦平面阵列探测器作为红外成像系统的核心,由探测器阵列和读出电路两部分组成,较之传统的红外探测器,具有结构简单,性能高,可靠性好等优点。因此,研究非制冷红外焦平面阵列读出电路具有重要的现实意义。本文针对非制冷红外焦平面探测器探测到的微弱红外信号,基于0.35μm的工艺模型,设计了非制冷红外焦平面阵列读出电路中的模拟读出电路,配合时序将信号放大、去噪、采样处理后缓冲输出,从而为非制冷红外探测器实现相应的功能打下了良好基础。首先,根据焦平面感光像元的物理特性,以NMOS缓冲注入式偏置电路为基础,对像元进行恒压偏置,输出量是随温度变化的电流量。由于输出的电流非常微弱,设计了一个折叠式共源共栅运算放大器,提高信号的注入效率同时对信号进行放大,以降低对后续信号处理的性能要求。由于输出的电流具有较大的背景电流噪声,因此需要通过背景抑制电路将红外信号中的背景噪声信号消除。本文提出并改进了一种新型的背景抑制电路,把第一代开关电流(SI)电路引入到读出电路中,通过设置合适的MOS管宽长比,电路实现了电流复制的功能。电路利用合适的时序控制开关的通断,先将噪声信号存储起来,再将像元输出的信号与复制的噪声信号相减,达到去除背景噪声信号的目的,从而可以有效提高系统的信噪比和识别微弱信号的能力。去除了背景噪声的电流量经过积分放大模块电路,采样保持电路,经缓冲后输出给后续电路。设计了数字时序电路,给出了各个单元电路及整体电路的电路结构和仿真结果。最后,根据0.35μm的N阱标准CMOS工艺模型,设计了该读出电路的版图。经过Cadence软件中的Spectre仿真表明:在时序信号的控制下,设计出的模拟读出电路经过去噪、放大等环节之后,可以较好的提取出像元探测到的小信号,电流复制比约为94%,所设计的电路可以探测10℃到50℃的温度范围内的信号变化;整体模拟读出电路的版图面积约为300μm×300μm,为红外焦平面阵列读出电路的单个芯片集成提供了一定的基础。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN215

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本文编号：2534199