高增益、新原理新型光电传感器读出电路关键问题研究

摘要

ROIC(读出电路)是光电传感器系统中重要组成部分，主要完成信号的读出、放大和数/模转换和数据处理等功能。本文设计的高增益，新原理光电传感器ROIC主要由电容反馈互阻放大器(CTIA)和相关双采样(CDS)电路单元构成，采用0.6μm CMOS工艺，测试结果显示达到预期设计要求。本文主要由下面的几个部分组成： (1)设计ROIC的数字部分。设计了线列1×16单元ROIC和2×8和32×32单元ROIC的数字部分。根据ROIC对静电放电(ESD)保护，驱动能力等要求，设计数字输入、输出、时钟驱动、地、电源等一共七种不同PAD。进行了大阵列读出电路数字时序和功能设计。 (2)测试ROIC电路。对2×8单元ROIC和CTIA、CDS、运放等关键库模块进行了数字逻辑功能测试和模拟性能测试。测试结果显示其中ROIC数字部分逻辑功能正确，ROIC模拟部分以及库单元的模拟性能参数符合设计要求。ESD保护电路有一定的抗静电能力，测试手段可行。 (3)ROIC的性能分析和设计方案改进。提出了新的CDS结构，在保证功能的基础上，MOS管和电容更少，适合大阵列设计；以一个电流源为例，给出了提高电路低温性能的设计方法；设计了单元ROIC静电放电(ESD)保护电路，并提出了一种适用于更小工艺尺寸的浮栅结构ESD保护电路。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1绪论

1.2课题研究内容和意义

第二章CMOS ROIC数字部分设计

2.1 ROIC数字部分设计

2.1.1ROIC电路结构框图

2.1.2数字电路设计方案一

2.1.3数字电路设计方案二

2.2大阵列ROIC数字电路的设计方案

2.2.1大规模数字电路设计方法

2.2.2大阵列的快速读出时序设计

2.2.3兼顾速度和功耗的读出时序设计

2.2.4大阵列读出电路的特殊功能设计

2.3 ROIC PAD设计

2.3.1.ROIC PAD设计

2.3.1 PAD版图

2.4小结

第三章ROIC芯片的测试和数据分析

3.1ROIC测试测试

3.1.1 ROIC测试方法

3.1.2测试电路设计

3.1.3PCB板调试

3.1.4ROIC芯片连接

3.2ROIC测试结果

3.2.1数字部分测试结果

3.2.2模拟部分测试结果

3.3库的测试

3.3.1单元库CTIA测试

3.3.2运放单元库测试

3.4测试中出现的问题及其分析

3.5小结

第四章CMOS ROIC的性能分析

4.1ROIC的噪声分析

4.1.1ROIC噪声源

4.1.2运算放大器和噪声

4.1.3积分电容Cint和噪声

4.1.4新结构CDS

4.2CMOS电路的低温性能分析

4.2.1低温效应

4.2.2提高电路低温性能

4.3 ESD保护电路性能分析

4.3.1ESD失效

4.3.2浮栅结构ESD保护电路设计

4.4小结

第五章总结

5.1总结

5.2需进一步改进之处

参考文献

附录 D触发器功能模块

攻读学位期间发表学术论文

致谢