mK級(jí)溫度探測(cè)能力是高靈敏度紅外焦平面的發(fā)展的重要方向,實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的基礎(chǔ)是紅外焦平面讀出電路具有超大的電荷容量和高動(dòng)態(tài)范圍。隨著焦平面面陣規(guī)模不斷擴(kuò)大和中心距不斷縮小,以及有限的CMOS工藝單位面積電容率和輸出電壓幅度等情況下,對(duì)具有大電荷容量和高動(dòng)態(tài)范圍的讀出電路設(shè)計(jì)帶來(lái)了難度和挑戰(zhàn)。本文針對(duì)實(shí)現(xiàn)紅外焦平面高靈敏度探測(cè)所需要的讀出電路的電荷容量和動(dòng)態(tài)范圍參數(shù)做了詳細(xì)的分析,通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研對(duì)比,對(duì)電荷包計(jì)數(shù)型ADC結(jié)構(gòu)、線性-對(duì)數(shù)結(jié)構(gòu)、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)讀出電路三種方式實(shí)現(xiàn)大電荷容量和高動(dòng)態(tài)范圍的目標(biāo)展開(kāi)研究。電荷包計(jì)數(shù)型ADC結(jié)構(gòu)讀出電路是基于電流-脈沖調(diào)制方式,每個(gè)脈沖是一個(gè)電荷包,在設(shè)定的積分時(shí)通過(guò)計(jì)數(shù)器得到電荷包的個(gè)數(shù)即可以得到有效的信號(hào)。本文基于CSMC 0.18μm 1P6M工藝,設(shè)計(jì)完成了像元規(guī)模為512×32、中心距30μm×30μm的電荷包計(jì)數(shù)型ADC讀出電路,最大電荷容量為2.4 Ge^-～8.9 Ge^-之間可調(diào)。單元電路設(shè)計(jì)需要在有限的面積內(nèi)平衡性能與晶體管資源等,通過(guò)對(duì)比設(shè)計(jì),單元電路中采用了DI注入級(jí)的結(jié)構(gòu)、工作電流可調(diào)的較低延遲... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)上海市

【文章頁(yè)數(shù)】：154 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 紅外探測(cè)成像技術(shù)及其應(yīng)用
    1.2 紅外焦平面陣列簡(jiǎn)述
    1.3 高靈敏度紅外焦平面讀出電路的發(fā)展與現(xiàn)狀
        1.3.1 電荷包計(jì)數(shù)型ADC讀出電路現(xiàn)狀
        1.3.2 線性-對(duì)數(shù)結(jié)構(gòu)讀出電路進(jìn)展
    1.4 本論文課題的目的和意義
    1.5 本論文課題的創(chuàng)新點(diǎn)
    1.6 本論文的結(jié)構(gòu)安排
第2章 讀出電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與分析
    2.1 MOSFET器件基礎(chǔ)
        2.1.1 MOSFET工作原理
        2.1.2 MOSFET的二級(jí)效應(yīng)
    2.2 讀出電路結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)
        2.2.1 讀出電路的注入級(jí)結(jié)構(gòu)
        2.2.2 讀出電路的性能指標(biāo)
    2.3 讀出電路的噪聲分析
        2.3.1 MOS和無(wú)源器件噪聲
        2.3.2 電路工作噪聲
        2.3.3 噪聲等效溫差分析
    2.4 讀出電路設(shè)計(jì)流程和工具
    2.5 本章小結(jié)
第3章 512×32數(shù)字化讀出電路設(shè)計(jì)研究
    3.1 電荷包計(jì)數(shù)型ADC讀出電路工作原理與分析
    3.2 512×32電荷包計(jì)數(shù)型ADC讀出電路的整體架構(gòu)
    3.3 單元電路設(shè)計(jì)
        3.3.1 注入級(jí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
        3.3.2 比較器設(shè)計(jì)
        3.3.3 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)
        3.3.4 鎖存器設(shè)計(jì)
        3.3.5 單元電路仿真及版圖設(shè)計(jì)
    3.4 16bit并行轉(zhuǎn)串行電路
    3.5 行、列移位寄存器設(shè)計(jì)
    3.6 LVDS設(shè)計(jì)
        3.6.1 前級(jí)緩沖器電路
        3.6.2 偏置電路設(shè)計(jì)
        3.6.3 LVDS驅(qū)動(dòng)電路
    3.7 512×32電荷包計(jì)數(shù)型ADC讀出電路仿真及版圖
        3.7.1 512×32讀出電路仿真
        3.7.2 512×32讀出電路的版圖、ESD設(shè)計(jì)及后仿真
    3.8 測(cè)試模塊
    3.9 讀出電路的測(cè)試分析
        3.9.1 TEST讀出電路的測(cè)試
        3.9.2 耦合長(zhǎng)波紅外探測(cè)器的焦平面驗(yàn)證測(cè)試
    3.10 本章小結(jié)
第4章 線性-對(duì)數(shù)結(jié)構(gòu)讀出電路設(shè)計(jì)研究
    4.1 線性-對(duì)數(shù)結(jié)構(gòu)讀出電路的原理和結(jié)構(gòu)
    4.2 線性-對(duì)數(shù)結(jié)構(gòu)讀出電路的整體框架
    4.3 模擬鏈路的設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果
        4.3.1 單元電路的設(shè)計(jì)與仿真
        4.3.2 輸出緩沖器的設(shè)計(jì)與仿真
        4.3.3 模擬鏈路的仿真結(jié)果
    4.4 數(shù)字控制模塊
    4.5 16元電路整體仿真及版圖設(shè)計(jì)
    4.6 線性-對(duì)數(shù)結(jié)構(gòu)讀出電路的測(cè)試分析
        4.6.1 電流源輸入測(cè)試
        4.6.2 HgCdTe探測(cè)器輸入測(cè)試
    4.7 本章小結(jié)
第5章 干涉式大氣垂直探測(cè)器讀出電路研究
    5.1 干涉式大氣垂直探測(cè)器工作模式
    5.2 讀出電路的整體及模擬鏈路結(jié)構(gòu)
    5.3 相關(guān)雙采樣結(jié)構(gòu)的噪聲分析
    5.4 模擬鏈路的設(shè)計(jì)與仿真
    5.5 128通道讀出電路整體仿真及版圖設(shè)計(jì)
    5.6 測(cè)試分析
        5.6.1 讀出電路的測(cè)試
        5.6.2 焦平面測(cè)試
    5.7 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)和展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[3]640×512紅外焦平面讀出電路的設(shè)計(jì)研究[D]. 梁清華.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所) 2017
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碩士論文
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本文編號(hào)：3207853