基于ctia地快照式红外读出电路研究

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1、摘要红外焦平面阵列是获取景物红外辐射信息的重要光电器件，由红外探测器阵列和读出电路组成。读出电路的性能指标直接影响红外焦平面的性能，高性能的读出电路是确保红外焦平面阵列正常工作的关键。本课题在分析国内外红外焦平面读出电路现状的基础上，采用电容跨导放大器结构(C3"IA)，设计了一款320x256红外读出电路。该读出电路采用快照积分模式，能够灵活的控制积分时间，因此可以广泛的应用于多种场合。快照积分模式要求在单元电路内部包含更多的器件，传统的CTIA结构由于结构复杂，很难在301xmx309m的象元面

2、积内实现。本文提出了基于Cascode的CTIA结构，能够在规定的象元面积内实现包括可选积分电容、带宽限制电容以及反饱和保护功能的完整电路。通过设计复杂的数字控制逻辑电路，实现了多种用户可配置功能，包括能够实现自定义窗口读取，可变读出顺序，可选端口输出等功能。电路全局仿真的结果显示各项功能正常。在此基础上，进行了基于华虹NEC0．359inCMOS工艺MPW方式的流片。由于受面积限制，参与流片的实际阵列为32x32，虽然阵列规模缩小，但是仍然实现了全部的设计功能。芯片版图设计采用全定制的设计方式，设

3、计完成的32x32阵列读出电路面积为3mmx4mm。针对流片结果，自行搭建测试平台，利用FPGA为测试电路提供控制信号进行芯片的测试。测试结果表明：芯片功能符合设计要求，能够实现自定义窗口读取，可变读出顺序，可选端口输出等功能。关键词：电容跨导放大器读出电路自定义窗口可选输出端口ABSTRA(玎ABSTRACTInfraredfocalplanearray(m_VVA)isallimportantoptics—electronicdevicetocaptureinfraredradiation,wh

4、ichconsistsofinfrareddetectorarraysandCMOSreadoutintegratedcircuit(ROIC)．TheperformanceofIRFPAisaffecteddirectlybyROIC．Therefore，hi曲performanceROICisthekeydeviceto豇lsRreIRFPAworkswell．BasedOilanalysisofthepresentstatusofROIC，CTIAstructureisadoptedtodes

5、igna320x256multi—functionROICforIRFPA．Snapshotintegrationmodeisintroducedtoobtainvariableintegrationtimeandaccommodatethewidesconedynamicrangerequirements．TheROICcellcircuitwithsnapshotmoderequiresmoredevices．Thesmallpixelsizeusuallylimitsthereadoutinp

6、utcircuitcomplexity．ThusitisdifficulttoimplementcomplicatedreadoutcircuitslikeCTIAina309mx301amp仅clarea．AnewCTIAstracturebasedonCascodeamplifierisproposedtomeetthedesignrequirments．WiththeBCWstructure，thewholecellcircuitisachievedina30pmx301ampixel，inc

7、ludingselectableintegrationcapacitors，bandwidthlimitationcapacitorsandanti-bloomingtransistor．Severaluserprogrammablefunctionsareactualizedbydesigningthecomplexdigitallogiccontrolcircuits．Thesefunctionsincludesuserdefinedwindowing,controllablereadingou

8、tsequence，selectableoutputportsandSO011．TheROICchipisfabricatedinMPWmode．Becauseofthearealimitation,a32x32ROICistapedoutinsteadof320x256ROIC．However,thesmallarrayrealizedallthefunctions嬲the320x256array．111ewholecircuitslayoutaredesigned