【摘要】：非制冷紅外成像技術(shù)在工業(yè)、軍事和醫(yī)療等各領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。紅外焦平面陣列探測器作為紅外成像系統(tǒng)的核心,由探測器陣列和讀出電路兩部分組成,較之傳統(tǒng)的紅外探測器,具有結(jié)構(gòu)簡單,性能高,可靠性好等優(yōu)點。因此,研究非制冷紅外焦平面陣列讀出電路具有重要的現(xiàn)實意義。本文針對非制冷紅外焦平面探測器探測到的微弱紅外信號,基于0.35μm的工藝模型,設(shè)計了非制冷紅外焦平面陣列讀出電路中的模擬讀出電路,配合時序?qū)⑿盘柗糯�、去噪、采樣處理后緩沖輸出,從而為非制冷紅外探測器實現(xiàn)相應(yīng)的功能打下了良好基礎(chǔ)。首先,根據(jù)焦平面感光像元的物理特性,以NMOS緩沖注入式偏置電路為基礎(chǔ),對像元進行恒壓偏置,輸出量是隨溫度變化的電流量。由于輸出的電流非常微弱,設(shè)計了一個折疊式共源共柵運算放大器,提高信號的注入效率同時對信號進行放大,以降低對后續(xù)信號處理的性能要求。由于輸出的電流具有較大的背景電流噪聲,因此需要通過背景抑制電路將紅外信號中的背景噪聲信號消除。本文提出并改進了一種新型的背景抑制電路,把第一代開關(guān)電流(SI)電路引入到讀出電路中,通過設(shè)置合適的MOS管寬長比,電路實現(xiàn)了電流復(fù)制的功能。電路利用合適的時序控制開關(guān)的通斷,先將噪聲信號存儲起來,再將像元輸出的信號與復(fù)制的噪聲信號相減,達到去除背景噪聲信號的目的,從而可以有效提高系統(tǒng)的信噪比和識別微弱信號的能力。去除了背景噪聲的電流量經(jīng)過積分放大模塊電路,采樣保持電路,經(jīng)緩沖后輸出給后續(xù)電路。設(shè)計了數(shù)字時序電路,給出了各個單元電路及整體電路的電路結(jié)構(gòu)和仿真結(jié)果。最后,根據(jù)0.35μm的N阱標(biāo)準CMOS工藝模型,設(shè)計了該讀出電路的版圖。經(jīng)過Cadence軟件中的Spectre仿真表明:在時序信號的控制下,設(shè)計出的模擬讀出電路經(jīng)過去噪、放大等環(huán)節(jié)之后,可以較好的提取出像元探測到的小信號,電流復(fù)制比約為94%,所設(shè)計的電路可以探測10℃到50℃的溫度范圍內(nèi)的信號變化;整體模擬讀出電路的版圖面積約為300μm×300μm,為紅外焦平面陣列讀出電路的單個芯片集成提供了一定的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN215

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