隨著科學技術的飛速發(fā)展,人類探索并研究“肉眼不可見事物”的能力逐步提升,其中單光子檢測計數(shù)成像便是其中一個典型范例,隨著半導體材料、器件和電路的不斷革新,大幅提高了微光探測技術的檢測能力并拓寬了其應用范圍。其中,SiC APD探測器憑借對微弱紫外光的靈敏感應,在高壓設備故障檢測應用中發(fā)揮不可替代的作用,但是隨著APD陣列規(guī)模逐漸增大,像元串擾、寄生效應和噪聲干擾等非理想因素影響逐漸增大,使得大陣列ROIC讀出電路的設計和優(yōu)化面臨更大的挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)不同光強條件下的高探測率,本文設計了一種探測模式可配置的數(shù)字式光子計數(shù)讀出電路,可與1×8線陣型SiC APD互聯(lián)集成。首先,本論文分析并闡述了影響光子探測率的各種因素,在固定門控探測模式的基礎上,基于時間和空間耦合的想法,提出了一種互補門控探測模式,控制原有兩像素交替工作,等效為一個新的單像素,以確保強光條件下的高探測率,并完成在大陣列系統(tǒng)下相應的工作時序設計和ROIC讀出電路的設計。其次,為滿足各模塊對時鐘頻率的不同需求,設計快速鎖定的鎖頻環(huán)時鐘電路,產(chǎn)生占空比50%,頻率為50MHs的時鐘,且經(jīng)多分頻處理后供ROIC使用。在此基礎上,完... 

【文章來源】：東南大學江蘇省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
        1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 發(fā)展趨勢
    1.3 研究內(nèi)容和指標
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 設計指標
    1.4 論文結構安排
第二章 門控采樣光子計數(shù)讀出電路
    2.1 光子計數(shù)探測原理
        2.1.1 電暈放電現(xiàn)象
        2.1.2 單光子檢測計數(shù)技術
    2.2 光子探測效率影響因素
        2.2.1 APD性能約束
        2.2.2 光子計數(shù)系統(tǒng)誤差
    2.3 光子計數(shù)讀出電路
        2.3.1 讀出電路架構設計
        2.3.2 淬滅電路
        2.3.3 數(shù)據(jù)鎖存與傳輸
    2.4 固定門控探測模式
    2.5 互補門控探測模式
    2.6 本章小結
第三章 門控采樣光子計數(shù)讀出電路設計
    3.1 光子計數(shù)讀出電路模塊設計
    3.2 信號同步模塊
        3.2.1 探測模式選擇電路
        3.2.2 復位信號控制電路
        3.2.3 幀字位同步電路
    3.3 像素電路模塊
        3.3.1 hold-off-time 電路
        3.3.2 計數(shù)器和鎖存器
        3.3.3 單像素電路設計
    3.4 內(nèi)嵌時鐘模塊
        3.4.1 鎖頻環(huán)電路設計
        3.4.2 信號傳輸網(wǎng)絡
    3.5 線陣型讀出電路系統(tǒng)功能仿真驗證
        3.5.1 線陣1×8系統(tǒng)
        3.5.2 ROIC系統(tǒng)功能仿真驗證
        3.5.3 系統(tǒng)功耗仿真
    3.6 本章小結
第四章 版圖設計與仿真驗證
    4.1 ROIC系統(tǒng)版圖布局
    4.2 版圖設計
        4.2.1 信號同步電路版圖設計
        4.2.2 鎖頻環(huán)電路
        4.2.3 單像素電路
        4.2.4 線陣像素模塊
        4.2.5 ROIC芯片完整版圖
    4.3 模塊電路后仿真驗證
        4.3.1 探測模式選擇電路
        4.3.2 信號同步模塊電路
        4.3.3 內(nèi)嵌時鐘鎖頻環(huán)電路
    4.4 像素電路后仿真驗證
    4.5 ROIC系統(tǒng)功能驗證
    4.6 本章小結
第五章 芯片測試與分析
    5.1 芯片測試平臺
        5.1.1 ROIC芯片封裝
        5.1.2 印刷電路板設計
        5.1.3 測試平臺搭建
    5.2 ROIC芯片關鍵模塊測試與分析
        5.2.1 內(nèi)嵌時鐘模塊
        5.2.2 幀字位信號同步電路
        5.2.3 探測模式選擇電路
        5.2.4 Hold-off-time電路
    5.3 ROIC芯片性能測試與分析
        5.3.1 固定門控探測模式
        5.3.2 互補門控探測模式
    5.4 紫外探測成像系統(tǒng)測試驗證
        5.4.1 APD暗計數(shù)測試
        5.4.2 紫外探測成像功能驗證
    5.5 芯片測試結果分析
    5.6 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 論文總結
    6.2 未來研究展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和參與申請的專利


【參考文獻】：
期刊論文
[1]高靈敏度寬禁帶半導體紫外探測器[J]. 陸海,陳敦軍,張榮,鄭有炓.  南京大學學報(自然科學). 2014(03)
[2]極紫外微通道板光子計數(shù)成像探測器性能研究[J]. 尼啟良.  光學學報. 2013(11)
[3]紫外成像技術在電暈放電檢測中影響因素的試驗研究[J]. 楊寧,吳旭濤,畢建剛,袁帥,弓艷朋,楊圓.  高壓電器. 2012(12)
[4]PIN硅光二極管在n/γ混合輻射場中的探測技術研究[J]. 黃平,方方,張友德,龔嵐.  核電子學與探測技術. 2011(12)
[5]紫外成像檢測技術及其在電氣設備電暈放電檢測中的應用![J]. 王少華,梅冰笑,葉自強,羅盛.  高壓電器. 2011(11)
[6]光電倍增管的技術發(fā)展狀態(tài)[J]. 趙文錦.  光電子技術. 2011(03)
[7]光子計數(shù)模式下的目標探測與成像[J]. 尹麗菊,陳錢,顧國華,周蓓蓓.  強激光與粒子束. 2011(03)
[8]紅外單光子探測器暗計數(shù)的研究[J]. 趙峰,鄭力明,廖常俊,劉頌豪.  激光與光電子學進展. 2005(08)
[9]新型敏紫硅光伏二極管[J]. 陳偉秀,劉國勇.  半導體技術. 1984(04)

博士論文
[1]紫外成像技術對高壓電氣設備外絕緣電暈放電檢測及故障診斷的研究[D]. 馬斌.武漢大學 2010
[2]APD光子計數(shù)成像技術研究[D]. 寇松峰.南京理工大學 2010

碩士論文
[1]高性能紫外探測器新結構及其CMOS讀出電路研究[D]. 趙永嘉.湘潭大學 2013



本文編號：3637120