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《重庆大学》 2003年
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红外焦平面阵列新结构高性能CMOS读出电路研究

张智  
【摘要】:红外成像技术具有良好的应用前景,在国民经济的多个领域正得到日益广泛的应用,尤其是在军事领域。红外焦平面阵列(IR FPA)主要由探测器和读出电路(ROC)两部分组成。IR FPA对其ROC要求比较苛刻,如低功耗,探测器偏压稳定,阵列尺寸和中心距小,尤其是在背景电流很大的情况下,如何进行背景抑制,以提高探测灵敏度和信噪比等等。目前的各种方案中,有的电路太复杂,不适于大规模IR FPA应用;有的对阈值电压波动太敏感,读出性能差;有的没有良好的背景电流抑制功能,动态范围小,不适于高背景条件(例如:空对地,地对地) 条件下的应用。 针对上述问题,作者在充分了解国内外的最新研究现状后,作为主研人之一参与了国家自然科学基金项目“红外焦平面阵列新结构高性能CMOS 读出电路研究” (批准号:60077025),并参与了实验室的一系列科研项目。 作者首先分析了在CMOS集成电路设计中的几个主要技术问题,如MOS电容、MOS FET的沟道长度调制效应、CMOS简单电流镜和Wilson电流镜。然后介绍了现有的多种红外焦平面阵列CMOS读出电路方案,并对其中的几种方案进行了细致的分析和对比,如DI结构与BDI结构的对比,以及具有背景抑制功能的BGMI结构,并指出了现有技术的优点和不足之处。 在对目前的红外焦平面CMOS读出电路技术的详细分析的基础上,针对现有技术的缺陷,结合模拟和数字电子技术、光电子技术、微电子技术、计算机技术等多学科交叉知识,创新性地改进和提出了几种新结构红外焦平面CMOS读出电路技术(如改进了文献[12] 中的背景电流存储抑制结构、提出了新结构的暗像元背景抑制结构),在国内外首次提出了动态源随器的概念,并在此基础上构建了一种新结构的相关双采样技术。 而后,通过PSPICE完成了基于上述创新点而设计的具有背景电流抑制功能的电路设计;利用IC版图设计工具Tanner,完成了其IC版图的设计工作;还用MAXPLUS II设计了多种驱动信号源,包括上述新结构红外焦平面CMOS读出电路的驱动信号源。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TN215

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