红外焦平面阵列用信号处理电路

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1、红外焦平面阵列用信号处理电路

2、第1内容显示中lunouseg(this)">中的信号探测几乎都将建立在红外探测器焦平面阵列的基础上。利用红外焦平面阵列（IRFPA）可简化或取消光机扫描以改善系统性能。红外焦平面阵列器件是把包含大量敏感元且需恒低温操作的器件封装起来的新型结构。在这种新式结构中，由红外探测器（IRD）输出的电信号的处理是在焦平面上完成的。人们通常把信号处理在探测器的同一块衬底上进行的方式称为单片式IRFPA红外处理方式，而把红外探测器（IRD）分别制备在不同衬底上，然后进行锢柱倒装互连而成方式称为混合式

3、IRFPA。红外探测器（IRD）有各种不同的类型，如光伏型（PV）锑化铟IRD、500)this.style.ouseg(this)">光导型（PC）、HgCdTe、PbS、PbSe、PhSnTeIRD、金属硅化物（Pd2Si、PtSi、IrSi）二肖特基势垒红外探测器（SBIRD）、异质结势垒（SiGe/Si）内光电发射IRD、超晶格量子阱（AlGaAs/GaAs、SiGe/Si）IRD等。同时，它们也有各种不同的信号处理电路，如SCCD、BCCD、MCCD、SCD、TDI-CCD、MOSFET开关、CMOS静态（

4、或准静态）移位寄存器多路传输器（CMOS-MUX）等。这种信号处理电路是目前单片式（CMOS-MUX）等。这些信号处理电路是目前单片式（或混合式）红外焦平面阵列常用的红外信号处理器件。到目前为止，作为红外焦平面阵列用的信号处理电路都是用硅材料制作的。因为采用硅以外的材料制造高性能信号处理电路在技术上尚有很大的困难。为了研制性能优良的红外系统，在红外焦平面阵列（IRFPA）的研制中，除了成熟的红外探测器（IRD）制备工艺外，设计和研制信号处理电路是改善IRFPA性能的最关键因素。信号处理电路主要的设计要求是电荷存贮容量

5、高，转移效率高、噪声低、功耗低，具有背景抑制和多路传输等功能。而且在IRFPA内红外探测器将入射光子转换为电荷后，产生的信号电荷必须能够注入到信号处理电路以便多路输出。下面简要介绍几种信号处理电路的基本结构、工作方式以及应用领域。1红外焦平面阵列用信号处理电路500)this.style.ouseg(this)">1.1硅CCD多路传输器硅CCD多路传输器（SiCCD-MUX）的电路原理如图1所示，图中T1、T2……，TN为输入信号的N个抽头。SiCCD-MUX的主要功能是在红外热成像系统中将一行若干个（16、32、

6、64、128、256、…等）红外探测器并行输出信号转换为串行输出信号。其主要优点是噪声低、灵敏度高和工作频率高。由于所有输入信号都经过一个低噪声，高灵敏度的电荷检测器输出，因此输出信号的不均匀性比较容易解决。500)this.style.ouseg(this)">SiCCD-MUX不仅可以与光导型HgCdTe长波红外探测器相匹配，而且也可以在先进的第二代红外探测系统中与光伏型HgCdTe红外探测器（PVHgCdTe-IRD）相匹配[1]，由于这种匹配是采用直接注入方式，因而免去了光导型HgCdTe长波红外探测系统对低

7、温前置放大器的需要。使得整个系统显得更加小巧，功耗更低，同时大大减轻了致冷器的负担，从而使长波红外信号处理开始进入焦平面信号处理时代。直接注入式SiCCD-MUX可用于战术制导跟踪系统等需要很强抑制背景信号能力的高背景场合。因此直接注入式SiCCD-MUX的设计比光导系统中交流百合式SiCCD-MUX的设计更加复杂。其输入结构应具有对注入电荷晕、分割、撇取和消除背景等功能。直接注入式SiCCD-MUX结构框图如图2所示。1.2时间延迟积分CCD时间延迟积分CCD（TDI-CCD）的结构框图如图3所示。它的主要功能是对

8、各个抽头的输入信号（例如HgCdTe红外探测器输出的信号）施加不同的时间（4Tc,8Tc,…，32Tc）延迟，并在输出端进行同步叠加（积分）以达到提高信噪比的目的。因为与TDI-CCD相匹配的HgCdTe红外探测器的输出信号代表着同一目标的红外辐射的强弱。因此其输出端信号在线性叠加后将按因子M增长（M代表输入抽头数）。而HgCdTe红外探测器的噪声和TDI-CCD对应的各通道的噪声是相关的，因此，它的输出端将按因子M1/2增长。这样，输出信噪比的增长应为M/（M）1/2=M1/2倍。500)this.style.ou

9、seg(this)">TDI-CCD除可在红外热成像系统中检测微弱的红外信号外，还可在扩频系统中作CCD相关器，以检测信噪比小于1的信号。TDI-CCD是一种功能电路，除可单独使用外，还可作为混合式红外焦平面阵列的信号处理器件。1.3时间延迟积分CCD单元该电路将时间延迟积分CCD（TDI-CCD）和硅CCD多路传输器（SiCCD-MUX）集成