红外测距读出电路中高速时序电路的设计

摘要

红外科学是研究红外辐射及其与物质相互作用规律的学科。随着微电子技术的日新月异，红外焦平面测距读出电路以其数据采集的精度和密集度，在红外探测领域发挥着不可替代的作用。课题研究主要基于盖革模式下雪崩二极管阵列传感器的数字式读出电路设计，主要用于激光测距系统，完成系统中时钟电路的设计和EN门控信号的产生，数字数据读出的相关时序电路设计。
　　系统时钟电路工作时通常振荡器一直处于振荡工作状态。对于红外测距读出电路系统，当系统时钟不需要工作时，振荡器继续工作将会造成不必要的功耗。为减小系统的整体功耗，对传统时钟电路进行改进，加入工作模式切换控制电路，使时钟电路能够根据需要实现可重启动功能。另外，通过时钟电路产生所需的时序控制信号。经电路仿真和流片测试验证，系统时钟达到所需频率，能够满足设计要求，所设计的高速时序电路在红外测距读出电路系统中能够实现读数功能，能够实现数据13bit一组输出。
　　基于CSMC0.5μmCMOS工艺，利用CadenceSpectre仿真工具对本文提出的系统时钟电路和读出电路系统时序控制电路进行了仿真验证，并通过流片测试。结果表明，在5V电源电压条件下，所设计的2MHz系统时钟能够满足红外测距读出电路的应用需求，能够精确设定EN门控信号及输出同步信号，测试结果表明系统能够完成检测数据的串行输出。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外研究现状及发展动态

1．3 论文主要目标和内容

1．4 论文组织结构

第二章 红外测距读出电路原理与时钟模块考虑

2．1 红外测距读出电路介绍

2．2 系统基本结构

2．3 ROIC系统中的时序控制

2．4 时钟模块考虑

2．5 本章小结

第三章 系统时钟电路设计

3．1 设计要求

3．2 偏置电路设计

3．2．1 基于VGs╱R型的偏置结构分析

3．2．2 偏置启动电路分析

3．2．3 对偏置电路的改进方案

3．2．5 反馈结构分析

3．2．5 反馈结构分析

3．2．6 方案对比说明

3．2．7 偏置电路参数设计

3．2．8 电阻设计

3．3 迟滞振荡电路设计

3．3．1 基本原理分析和结构选择

3．3．2 高速比较器设计

3．3．3 结构分析

3．4 控制电路设计

3．5 EN门控信号产生

3．6 本章小结

第四章 系统时钟电路仿真分析与时序功能验证

4．1 系统时钟电路仿真

4．1．1 仿真结果

4．1．2 仿真结果分析

4．1．3 可重启动模式切换功能验证

4．2 EN门控信号控制功能验证

4．2．1 EN门控信号产生功能验证

4．2．2 数据输出功能验证

4．3 系统时钟版图设计

4．4 后仿验证

4．5 本章小结

第五章 流片测试分析

5．1 测试说明

5．2 测试内容

5．2．1 系统时钟测试

5．2．2 系统功能测试

5．3 测试分析

5．3．1 系统时钟测试结果

5．3．2 输出数据测试

5．3．3 测试结果分析

5．4 时钟电路仿真结果与测试结果对比

5．5 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

攻读硕士学位期间发表的论文