| 题名 | 高光谱用InGaAs红外焦平面读出电路研究 |
| 作者 | 张伟 |
| 答辩日期 | 2011-06-03 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 方家熊 |
| 关键词 | 高光谱 铟镓砷红外焦平面 低噪声 高帧频 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 红外焦平面阵列是红外成像技术中获取红外图像信号的核心光电器件，是一种高性能的红外固体图像传感器。红外焦平面阵列主要由红外探测器阵列和读出电路芯片组成，其中读出电路是对红外探测器阵列微弱光信号进行采样、放大、串行读出的专用集成电路。读出电路的水平严重限制了红外焦平面性能。高光谱成像技术能够在连续光谱段上对目标成像，可直接反应出被观测物体的光谱特征，对探测地表构成及其变化具有特殊的识别能力。低噪声、高帧频的高性能红外焦平面是高光谱成像系统的核心器件，也是限制我国高光谱成像技术发展的关键技术瓶颈。本文采用0.5μmCMOS工艺，研制了一种64×16元低噪声、高帧频的高光谱用红外焦平面读出电路原型,并在国内首次实现了16通道光谱短波InGaAs焦平面，16通道平均探测率达到3×1011cm√Hz/W。高光谱应用对焦平面的工作帧频要求很高，高帧频工作存在积分时间与读出时间分配的问题。为了提高焦平面的信噪比将积分时间最大化，本文研究了读出电路的工作模式、读出方式与帧频、积分时间的关系，得出采用快照式、边积分边读出模式可以将积分时间在帧时范围内最大化，并在64×16元读出电路中实现了这种读出模式。为了解决高光谱用红外焦平面的低噪声读出问题，本文分析了前置放大器的噪声耦合特性，研究了面积受限情况下相关双采样电路的应用条件。针对输入级放大器噪声和复位KTC噪声这两种主要噪声，设计了一种新型电流镜偏置的低噪声输入级放大器，并在单元电路内集成了相关双采样功能。测试结果显示采用这种方法后读出电路噪声从8.3×10-4V降到4.8×10-4，焦平面噪声由1700e-降到940e-，噪声降低了45%。V新型前置放大器采用电流镜偏置，放大器输入端参考电压（Vref）片上生成，生成的参考电压达到3.9V，即积分电压上限提高到3.9V。测试显示焦平面的饱和电压3.2V，线性摆幅达到2.8V，线性度99.9%，摆幅提高1.3V。摆幅的增加和噪声的降低，导致动态范围达到65dB（@0.6ms,293K）,提高了约10dB。高光谱空间分辨率、光谱分辨率要求的不断提高，导致焦平面规模越来越大、像元尺寸越来越小，读出电路的设计难度不断增加。本文采用耗尽型MOS电容，积分电容与互连PAD垂直布局布线的方法，解决了高光谱读出电路在0.5μmCMOS工艺规范下版图尺寸限制问题，实现了单元电路尺寸30μm×30μm的32×32元高光谱读出电路，为更大规模高光谱焦平面的实现打下了一定基础。 |
| 学科主题 | 红外探测材料与器件 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5328]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张伟. 高光谱用InGaAs红外焦平面读出电路研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论