氧化钒非致冷红外探测器阵列读出电路结构研究

【摘要】：自从高集成度、高可靠性、低成本的传感器用于非致冷微测辐射热计探测器以来,人们对非致冷微测辐射热计用作红外探测器产生极大的兴趣。本文就氧化钒非致冷红外探测器阵列读出电路结构这一内容,论述了氧化钒微测辐射热计的电学特性和工作原理。采用理论计算与模拟分析的方法,给出了氧化钒热敏电阻的非线性模型。这种基于理论而不是实验基础上的模型虽然还有待进一步完善,但它与读出电路可以更好的结合,便于分析探测器整体性能。推导出了包含约翰逊噪声、1/f噪声和热波动噪声的微测辐射热计和读出电路CMOS差动放大电路噪声模型。描述了探测器阵列的三种读出结构:像素式、列柱式和串联式。在假定探测器阵列功率消耗为常数的情况下,结合实际电路模型对三种读出结构的NETD参数进行了优化。根据优化得到的NETD值,结合噪声特性分析比较了三种读出结构的性能。自热效应引起的温度变化与周围环境温度比较起来可以忽略不计,降低1/f噪声可以获得较低的NETD值。而对探测器阵列来说,分析比较结果表明,像素式读出结构被发现在应用中是更好的选择。