甚高灵敏度红外探测器读出电路研究进展

发布时间：2020-12-26 12:47

　　在读出电路有限的像元面积内获得尽可能大的电荷存储量是实现甚高灵敏度红外探测器的关键。基于脉冲频率调制的像元级模数转换（ADC）是实现甚高灵敏度红外探测器读出电路的主要方法,阐述了像元级脉冲频率调制ADC的原理,介绍了美国麻省理工学院林肯实验室、法国CEA-LETI在像元级数字读出电路的研究进展。作为从立体空间拓展电路密度的新技术,介绍了三维读出电路的研究进展。最后介绍了昆明物理研究所甚高灵敏度红外探测器读出电路的研究进展。利用像元级ADC技术和数字域时间延迟积分（TDI）技术,昆明物理研究所研制的长波512×8数字化TDI红外探测器组件,峰值灵敏度达到1.5 mK。 

【文章来源】：红外与激光工程. 2020年01期 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

脉冲频率调制ADC原理

可知，QLSB与Δt影响脉冲频率调制ADC对光电流的分辨力。QLSB、Δt与QLSB的比值愈小，脉冲频率调制ADC对探测器光电流的分辨力愈强。脉冲频率调制ADC对不同水平探测器光电流的量化值之比为：

MIT林肯实验室于2006年推出了其第一款像元级数字读出电路[2]。见于报道的读出电路阵列规格包括256×256、640×480，可匹配波长范围为1.6～14.5μm的红外探测器。其中，256×256像元级数字读出电路像元尺寸为30μm，采用IBM 90 nm工艺。640×480像元级数字读出电路像元尺寸为20μm，采用IBM 65 nm低功耗集成电路工艺[3]。单元电路基于脉冲频率调制ADC设计，电路功能可配置调整，电路原理如图3所示。通过采用高密度的集成电路工艺，林肯实验室的像元级数字读出电路具备了极高的电路密度和拓展性，可在12μm中心距的像元内集成约2 000个MOS晶体管。低至1 fF的存储电容，可实现最小约3 000e-的电荷包存储量。电流-频率转换增益可根据探测器波长和噪声要求调整(3 000～6 000e-)，具备较高的光电流分辨力，可匹配短波、中波和长波红外探测器。读出电路低功耗工作的同时，获得到了良好的响应线性度。


本文编号：2939724