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基于QWIP红外焦平面阵列DI读出电路的研究与实现

张晓辉  
【摘要】: 当今的红外焦平面技术已发展成为集红外材料、光学、制冷、硅微机械加工和微电子于一体的高科技综合技术,它对国防建设有着非常重要的意义,在工业和民用领域也有着极其广泛的市场前景。红外焦平面阵列(infrared focal plane array)主要由红外探测器阵列和读出电路阵列(readout circuit)两部分组成。CMOS读出电路是读出电路发展的主流方向,也是红外焦平面阵列的关键技术之一,它的性能优劣直接影响到红外焦平面阵列,甚至整个红外系统的性能。我国于上世纪九十年代才涉足此技术,目前仍处于预研阶段,其水平较西方发达国家尚有不小差距。发展我国自己的红外焦平面阵列技术已成为当务之急。 针对以上问题,在充分了解国内外的最新研究现状后,本课题决定设计出一种基于QWIP的红外焦平面阵列读出电路,以求能够满足QWIP(quantum well infraredphotodetector)阵列的特点要求。在电路的设计中首先分析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(direct input)结构与BDI(buffer direct input)结构的对比,并指出了现有技术的优点和不足之处。然后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,创新性地改进了直接注入方式(DI)的红外焦平面CMOS读出电路技术。 本文首先对几种典型的CMOS读出电路方式进行了比较,之后针对本文采用的DI注入方式的读出电路进行了详细的理论分析和实验仿真。该读出电路具有稳定的偏置电压,较好的暗电流抑制和噪声抑制功能。对以后的电路设计提供了一个很好的参考。 本文主要是通过Cadence软件进行电路的版图设计,完成了IC版图的设计工作。并在流片后进行了芯片的测试工作。最终的测试结果表明:该电路设计方式符合最初的设计要求。


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