IRFPA读出电路设计测试及可测性设计研究

摘要

非致冷红外焦平面阵列(Infrared Focal-planeArray，IRFPA)在军事、医疗、工业与科学等领域中有着广泛的应用前景。红外焦平面阵列一般由红外探测器和读出电路两部分组成。焦平面红外探测器接收到入射的红外辐射后，产生一个与红外辐射强度有关的电压波动，通过扫描焦平面阵列的不同像素单元按顺序传送到读出器件中读出小的电压信号。读出电路是红外焦平面阵列的关键技术之一，它的性能优劣很大程度影响到红外焦平面阵列，以至整个红外系统的性能。CMOS读出电路因其低成本、低功耗等众多的优点而成为读出电路的主流研究方向。当今的红外焦平面技术已发展成为集红外材料、光学、硅微机械加工和微电子于一体的高科技综合技术，我国于上世纪九十年代才涉足此研究领域，目前仍处于预研阶段，其水平较西方发达国家尚有不小差距，发展我国自己的红外焦平面阵列技术已变得越来越重要。
　　 集成电路设计技术、制造技术和测试技术一起被称为集成电路三大关键技术。测试问题应该看作系统设计中的一个重要组成部分，而且正变得越来越重要，更好地研究和了解与测试相关的设计内容，把设计和测试融为一体才能更好地对电路进行设计和分析，因此可测性设计的应用很有必要。
　　 第二章首先对读出电路模拟部分原理做了介绍，其次根据时序要求设计了读出时序电路并进行仿真。考虑到320X240的阵列规模不是很大，使用全定制的设计方式，并提出采用一种动态移位寄存器的方法，大大减小了功耗和面积，节省MOS管数目达5000个左右。使用CSMC0.5μm DPTM单阱工艺流片生产。
　　 第三章对封装后芯片制订测试方案，设计搭建了测试系统。对整体读出电路进行测试，对出现的问题做了分析，作为下一版电路设计的参考。
　　 第四章对常见可测性设计原理做了整理介绍并提出一种便于模块测试的可测性设计结构。该结构可大大提高模拟电路部分的模块测试能力，减少了PAD引出数目，芯片版图面积随之减少，可望降低生产成本。
　　 其中数字电路部分的设计，经流片测试验证了其方法是可行性。但是，提出的可测性设计的方法，还有待进一步验证完善，优化性能，并提高可靠性，这也将是下一步工作的研究内容。