128×128双色红外焦平面读出电路的设计

摘要

双色红外焦平面阵列能从两个红外波段对目标物体进行探测，具有更强的目标甄别能力，因此成为红外探测领域的研究热点。双色红外焦平面读出电路是构成双色红外焦平面阵列的核心模块，直接影响红外焦平面阵列的性能。因此迫切需要对双色读出电路进行研究，这对双色焦平面器件的发展具有重要的意义。
　　本论文的目标是设计一款中/短波128×128顺序积分型双色红外焦平面读出电路。论文首先概述了双色红外焦平面器件、双色读出电路技术及其发展。然后进行了读出电路芯片整体框架及工作模式的设计，为了提供更高帧频，所设计工作模式为顺序积分同时读出。为了满足双色探测信号处理的便捷性及深背景下电荷容量的要求，论文设计了直接注入型双色像素单元电路。列运算放大器采用带米勒补偿的两级放大器以提供良好的输出摆幅及更高的电压传输精度。论文对各模块电路进行了详细的理论分析、参数设计和仿真验证，在此基础上对整体读出电路电路进行了电路设计和版图设计。
　　本论文设计的读出电路基于CSMC0.5μm混合信号工艺平台进行了流片，并对芯片进行了详细的测试。测试结果表明:芯片工作电压为5V±0.05V，工作频率大于5MHz，总功耗为60.33mW，读出电路的输出摆幅为3.4V，中波非线性为1.6％，短波非线性度为1.5％，基本达到了设计要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 双色红外焦平面器件与读出电路的发展现状

1．2．1 双色红外焦平面器件的发展现状

1．2．2 双色红外焦平面读出电路的发展现状

1．3 研究内容与设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文的组织结构

第二章 双色红外焦平面技术

2．1 双色红外焦平面探测器技术

2．2 双色红外焦平面读出电路技术

2．2．1 双色红外焦平面读出电路输入级的设计

2．2．2 双色红外焦平面读出电路的框架设计

2．3 本章小结

第三章 顺序积分型双色红外焦平面读出电路的设计

3．1 双色读出电路芯片架构的设计

3．1．1 芯片的整体框架设计

3．1．2 芯片的工作模式设计

3．2 数字控制电路的设计及仿真结果

3．2．1 复位积分控制电路的设计及仿真结果

3．2．2 行选及列选控制信号产生电路的设计及仿真

3．3 模拟电路模块的设计及仿真

3．3．1 双色像素单元电路的设计及仿真

3．3．2 列运算放大器的设计及仿真

3．3．3 输出缓冲器的设计及仿真

3．4 整体电路设计及仿真

3．5 本章小结

第四章 双色读出电路的版图设计

4．1 版图设计概述

4．2 模块电路版图设计

4．2．1 像素单元电路的版图设计

4．2．2 列运算放大器与输出缓冲器的版图设计

4．2．3 移位寄存器的版图设计

4．2．4 焊盘版图设计

4．3 整体芯片版图的设计

4．4 本章小结

第五章 双色读出电路芯片的测试及分析

5．1 测试方案

5．2 测试结果及讨论

5．2．1 功能测试结果及讨论

5．2．2 性能测试结果及讨论

5．2．3 测试结果与设计指标比较

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献