非制冷红外焦平面阵列读出电路时序控制电路设计和实现

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1、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名征萍签字日期：2口fL年(}月／2日导师虢勤面签字日期：2口旺年牛月／2日中图分类号：TN215：TN432UDC：62l38学校代码：10004密级：公开北京交通大学硕士学位论文非制冷红外焦平面阵列读出电路的时序控制电路设计与实现Desi

2、gnandImplementationofTimeControlCircuitofRead—OutIntegratedCircuitforUncooledInfaredFocalPlaneArray作者姓名：汪洋导师姓名：李力南学位类别：工学学号：09120032职称：副教授学位级别：硕士学科专业：微电子学与固体电子学研究方向：模拟集成电路设计北京交通大学2012年3月致谢本论文的工作是在我的导师李力南副教授的悉心指导下完成的，李老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来李老师对我的关心和指导。李老师悉心指导我完成了实验室的

3、科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向李老师表示衷心的谢意。李老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，唐明、佟慧超同学还有一些不知名的朋友对我论文中的系统设计、模拟电路方面的研究和EDA软件的操做工作给予了热情帮助．在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的家人对我一如既往的支持与无私的爱．你们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。中文摘要摘要：红外线焦平面阵列是红外线成像仪器的核心芯片．芯片包括探测器部分，与读出电路部分，读出电路即对探测器探测到的信号进行一定的处理并输出

4、给成像元件的电路。本文先对探测器原理进行简单的叙述，再对读出电路部分进行深入研究。读出电路的设计可分为模拟电路部分与数字电路部分，数字电路部分主要用于控制探测器行、列选通的时序，因此也称为时序控制电路。本设计的意义在于此读出电路所针对的为民用级红外线成像仪的探测器，由于我国在这个领域起步较晚，军用方面有一定进展，民用方面暂时没有产品。本设计针对320×240的红外线焦平面阵列，时序控制电路的规模不算太大，功能并不复杂，究竟采用全定制设计还是半定制设计更好，目前还没有定论。本设计先采用全定制设计方法。先确定电路的整体结构，再分别确定模拟电路与数字电路的功能，制

5、定数字电路的时序图，设计数字电路的整体结构．并尝试采用特殊模块来减小功耗与面积。然后开始绘制电路的原理图，并对其仿真，仿真通过后绘制版图，最后进行后仿真。之后，本文又采用半定制方法设计电路。确定好电路的功能与时序后编写verilog代码并进行仿真。仿真通过后，使用EDA软件进行逻辑综合得到门级网表，再对门级网表布局布线得到版图与布线后网表，最后进行时序分析。其中，逻辑综合、布局布线与时序分析都依赖于EDA软件，本设计的难点在于对EDA软件工作方式与算法的研究，并掌握软件常用命令和操作步骤。采用EDA软件自动化的设计，是目前业界常用的数字集成电路设计方法，目前

6、已有的红外线焦平面读出电路的数字电路均采用此方法。本文对两次设计均进行了流片，并自行搭建PCB对芯片进行了测试。测试结果表明全定制设计的功耗要远远低于半定制设计，事实上在设计过程中也可看出全定制设计的版图面积要小于半定制设计。本设计采用华润上华O59mDPTM单阱工艺，利用Cadence与Synopsys公司的多种EDA工具完成。由于对半定制设计中对EDA工具的研究花费的时间与精力远多于全定制设计，因此文中会先对半定制设计进行论述。关键词：非制冷红外焦平面阵列；读出电路；逻辑综合：自动布局布线：动态移位寄存器分类号：TN215：TN432ABSTRACTAB

7、STRACT：Infraredfocalplanearray(IRFPA)isthecorechipofinfraredimagingsystem丁hechipincludesdetectorandreadoutcircuitrROIC)ROICmainlyprocessedthedetectorsignalandexportedthesignaltotheimagingelementThlspaperfirstingoducetheprincipleofdetector．thenstudytheR0lCROICcarlbedivideimoanalogci

8、rcuitanddigitalcircuit，and