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红外焦平面阵列读出信号处理电路设计关键技术研究

李辛毅  
【摘要】:红外探测成像技术在军事、医疗、天文以及民用等领域有着非常重要的应用,红外焦平面阵列成像是目前红外探测成像技术中的主流技术,读出信号处理电路是红外焦平面阵列成像系统中的主要组成部分。本论文主要研究读出信号处理电路设计中的关键技术。 论文首先对红外成像系统的发展过程、焦平面阵列和红外探测器以及读出信号处理电路进行了简单分析介绍,然后对读出信号处理电路进行架构设计和性能指标分析,重点研究前端读出电路单元的性能指标和电路结构、背景电流和暗电流抑制技术,并分别进行了关键模块设计、分析和仿真验证。 最后,采用Chartered 0.35μm CMOS工艺对所设计的基于自偏置电流镜读出电路单元、读出电路单元和用于固定模式噪声消除的相关双采样电路组合模块以及背景电流和暗电流抑制电路进行了版图设计和流片。测试结果表明所设计的各个电路模块在功能和性能上均达到设计要求。对所设计的基于比较器编码的数字化读出信号处理电路架构进行了版图设计和后仿真验证,仿真结果表明所设计数字化读出电路架构在功能和性能上均满足设计要求。 本文的创新性工作主要包括:设计了基于比较器编码的数字化读出信号处理电路架构,在比较器的设计中采用迟滞技术、时钟控制技术以及多级比较技术,满足所设计架构高精度、低功耗和自适应时间延迟积分的要求;设计了一种基于自偏置宽摆幅cascode电流镜的读出电路单元结构,该结构在保证其它性能指标的前提下提高了读出信噪比、减小了电路面积和功耗、简化了电路设计;基于BJT对MOS管的温度补偿特性,设计了一种具有温度稳定性和抗电源电压波动影响的适合于室温应用的背景电流和暗电流抑制电路。


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