高线性度低功耗红外焦平面阵列读出电路的研究

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4、nfraredReadoutCircuitThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByLingYuSHENSupervisor:Prof.YuFengGUO,XiaoJuanXIAMarch5,2016摘要红外成像技术在军事，商业，工业等领域有着广泛的应用市场。红外焦平面阵列读出电路是红外成像技术的核心部分，它的性能在红外成像系统中起着关键性的作用。本文主要的工作内容为两点，一是研究高线性度低功耗的红外读出单

5、元电路；二是完成32x32阵列读出电路系统设计，实现了数据的高准确读出。首先，对红外读出单元电路的三个部分分别进行改进，包括像素单元，列读出级电路，输出缓冲单元。针对像素单元，本文设计了一种新型结构，在原有单端CTIA结构的基础上，引入共源共栅和增益自举结构，提高积分电路输出信号的线性度。同时，将行选开关连接在采样电容的左端，并通过适当的时序，完全消除采样开关引入的非线性影响。在输入积分光电流为2nA到60nA的范围内，像素单元输出电压的线性度为99.65%，单个像素单元的功耗为438.58nW。针对列读出级电路，根据红外图像对比度较低这一特点，设计了一种

6、新型从运放结构，该结构在传统主从结构的基础上，引进电压检测电路，显著的降低从运放的工作电流。仿真结果表明，改进结构的从运放最小功耗比传统结构的从运放降低了43%，整体改进列读出级结构输出信号的线性度为99.3%。针对输出缓冲单元，采用两级CMOS结构，输入级使用NMOS管和PMOS管并联的互补折叠式共源栅结构，满足大摆幅，高增益的输入，输出级使用AB类共源推挽输出结构，满足大摆幅，高线性度的输出。模拟结果表明，该输出缓冲器线性度为99.53%，总功耗为15.93mW。然后，完成32x32阵列读出电路系统设计，包括模拟部分、数字部分以及整体电路设计。模拟部分

7、采用全定制方法，完成原理图及版图设计；数字部分采用半定制方法，根据功能要求，完成RTL代码编写，功能仿真，逻辑综合，时序分析，形式验证，布局布线等。整体电路设计完成模拟部分和数字部分的整合并进行功能仿真，结果表明，读出电路最后输出信号线性度为99.43%。本论文采用CSMC0.5μm混合信号工艺，完成整体数模混合版图的DRC，LVS验证。关键词:红外读出电路；非线性；低功耗；系统架构IAbstractInfraredimagingtechnologyhasbeenwidelyappliedinthemilitary,business,industryand

8、otherfields.Infraredfocalplanearr