256×256ptsi红外焦平台cmos读出电路设计

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1、重庆邮电大学硕士论文第一章绪论1．1引言第一章绪论最近30年来，红外技术已成为一门迅速发展的新技术。它广泛地应用于军事、工业、农业，医疗和科学研究等各个领域。红外技术是发展遥感技术和空间科学的重要手段。红外辐射有很宽的电磁波段，O．8,---1000#m是重要的信息资源，由于温度高于绝对零度的所有物体均发射与其特性相关的热辐射，因此红外辐射提供了客观世界的丰富信息，充分利用这些信息是人们追求的目标。在大气层外目标发射的所有波长的红外辐射都可以有效传输，在对流层以下大气对目标红外辐射能量的传输有极大的影响，红外辐射只能在1～3

2、∥1'11、3～5∥m和8～14Pm这三个大气窗口中有效传输且有相当大的衰减【l】。在大气层内的红外探测就是在这三个窗口进行的，红外探测器的材料、器件设计与制作和整机系统的应用都是以这三个窗口为基础发展起来的。同众多的高技术一样，红外技术也是由于军事的强烈需求牵引而得以迅速发展的。与微波雷达不同的是，红外探测系统属被动探测系统，探测系统并不向目标主动发出探测信号，而只是通过接受目标红外辐射来完成识别目标任务的。所以，它因不辐射电磁波而极具隐蔽性，同时因工作于红外波段而不易受电磁干扰，能在强电磁辐射环境下生存，这正是现代战争所

3、急切盼望的技术。红外成像仪可装备各类战略和战术武器，常用于红外侦察，预警、跟踪和精确制导，是电子战、信息战中获取信息的主要技术之一。红外成像技术还广泛应用于工业和民用，如红外资源探测、红外热分析、以及包括人体组织在内的各类红外成像和红外诊断等，可以说不胜枚举。可以预见，随着制造成本的进一步降低，其应用领域还会迅速扩大，其广阔的市场前景是无庸质疑的。目前，红外成像技术正经历从低性价比的光机扫描成像系统到高性价比的焦平面阵列成像系统的转变。至今，西方发达国家仍把红外技术作为国防敏感技术加以控制，所以，加速发展我国自己的红外焦平面

4、阵列技术已成为当务之急。红外焦平面阵列成像技术是近三十年才发展起来的，它是集红外材料、光学技术、制冷技术和微电子技术于一体的高科技综合技术。然而，对高技术的需求并非只是军事领域，高技术由军事领域转为民用领域也属常见。红外焦平面阵列是红外成像系统的核心部件，它由红外探测器和读出电路两部分组成。红外探测器作用是将红外辐射转换成电信号；红外焦平面读出电路是红外焦平面探测器组件的基本组成部分，虽然不直接参加红外信号的探测，但它参加红外探测信号的传输过程。它的主要功能是对红外探测器微弱信号进行预处理(如重庆邮电大学硕士论文第一章绪论积

5、分、放大、滤波、采样／保持等)和阵列信号的并／串行转换以在红外焦平面阵列和随后的信号处理级之间提供一个好的接口。现行的用于红外焦平面读出技术主要有：电荷耦合器件(CCD)结构、电荷注入器件(CID)结构、电荷成像矩阵(CM)结构和CMOS结构。由于CMOS结构具有功耗低及采用标准的CMOS工艺因而价格低等优点，故正逐渐成为红外焦平面读出电路结构的主流技术【2J。铂硅(nSi)红外焦平面探测器是红外焦平面探测器的一种【3J，铂硅(PtSi)红外焦平面探测器具有规模大，均匀性好、响应光谱宽、制造成本低、性能稳定等优点，在军事、医

6、疗、工业与科学等领域有着广泛的应用前景。铂硅探测器可探测的光谱范围宽，可以从0．76．1．Oum的近红外到1-5urn的中波红外，甚至具有扩展到0．4—0．76urn的可见光波段和紫外波段的潜力。采用CMOS读出电路读出铂硅红外焦平面探测器的信号可以提高探测器的占空比，从而提高探测器的灵敏度，在一定程度上弥补铂硅探测器量子效率低的缺点。1．2本设计的主要技术指标探测器阵列规模：256x256pixels；像素间距：30／am；铟柱焊盘面积：9／1mx9／1m；探测器极性：N—on．P；工艺：0．5∥m双多晶硅三金属层；输出电

7、压摆幅：2V；输出噪声：

8、器在接收到入射的红外辐射后，在红外辐射的入射位置上产生一个与入射红外辐射强度有关的局部电荷，通过扫描焦平面阵列的不同部位或按顺序将电荷传送到读出器件中来读出这些电荷。其中，每一个单元称作一个像元【4】。PtSi红外焦平面阵列主要由PtSi探测器阵列和读出电路构成，其信号传输过程如方框图2．