非致冷红外焦平面读出电路噪声分析

摘要

该论文的目的在于对读出电路的噪声进行分析,并且采取一定的措施,使我们所设计的读出电路的噪声能满足设计要求.所采取的研究方法是先对SFD型读出电路中元件MOS管的1/f噪声和沟道热噪声进行分析,然后针对读出电路的结构分析其产生的KTC噪声,最后分析由于工艺方面的原因产生的固定图形噪声.并且通过对读出电路的不同噪声种类的产生来源的分析来采取相对应的降噪措施.最后通过PSPICE软件仿真来计算出作者所设计的SFD型读出电路的等效输入噪声,用以验证我所设计的读出电路能否满足设计要求.CMOS读出电路中的噪声严重地制约了读出电路的性能优劣,进而影响到红外焦平面阵列甚至成像系统的性能.在CMOS读出电路的外部降噪技术方面,我主要是对双采样降噪电路作了一定的研究.对SFD型读出电路和DI型读出电路分别采用了两种不同结构的双采样电路,并且用PSPICE对它们都作了仿真,其双采样电路对DI型读出电路的固定图形噪声有比较好的降噪效果.在该论文的最后对SFD读出电路的16×16试验电路芯片进行了噪声测试,测试的结果为等效输入噪声电压为8.4uV/√Hz,大于仿真的结果(等效输入噪声电压为0.93uV/√Hz),并简要分析了测试误差的来源.我所设计的SFD型读出电路的等效输入噪声仿真计算结果为1.04uV/√H2(小于2uV/√H2),满足设计要求.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第一章引言

第二章红外焦平面阵列技术

2.1红外焦平面阵列技术的发展

2.2热释电探测器的工作原理

2.3热释电探测器的噪声

2.4非致冷红外焦平面读出电路

2.5读出电路的分类

第三章噪声的特性

3.1噪声的定义

3.2噪声的统计特性

3.2.1噪声的概率密度

3.2.2噪声的平均值和有效值

3.2.3噪声的功率谱密度

3.2.4噪声的相关函数

3.3噪声源的叠加

3.4噪声系数和等效输入噪声

第四章非致冷红外读出电路噪声分析与仿真

4.1 SFD型读出电路的噪声分析

4.1.1 MOS管的固有噪声

4.1.2 KTC噪声

4.1.3固定图形噪声

4.2 SFD型读出电路的噪声仿真

第五章非致冷红外读出电路降噪方法研究

5.1相关双采样的原理

5.2 SFD型读出电路的双采样电路及仿真

5.3 DI型读出电路的双采样电路及仿真

5.4 SFD型双采样读出电路的版图

第六章非致冷红外读出电路噪声分析的实验验证

6.1非致冷读出电路噪声测试方案

6.2待测电路和测试结果

第七章总结

参考文献

致谢