低噪声红外焦平面阵列读出电路的研究

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1、分类号：TN432单位代码：10183研研究生学号：2015512038密级：公开红低噪声外焦吉林大学平面硕士学位论文阵列（学术学位）读低噪声红外焦平面阵列读出电路的研究出电ResearchofLowNoiseReadoutCircuitfor路InfraredFocalPlaneArrays的研作者姓名：李亮究专业：微电子学与固体电子学李研究方向：模拟集成电路亮指导教师：杜国同教授培养单位：电子科学与工程学院吉林大学2018年6月—————————————————————低噪声红外焦平面阵列读出电路的研究—————————————————————ResearchofLowN

2、oiseReadoutCircuitforInfraredFocalPlaneArrays—————————————————————作者姓名：李亮专业名称：微电子学与固体电子学指导教师：杜国同教授学位类别：理学硕士答辩日期：2018年5月31日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士(或硕士)学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立

3、进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库

4、中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：硕士□博士学科专业：微电子学与固体电子学论文题目：低噪声红外焦平面阵列读出电路的研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市前进大街2699号吉林大学南苑五公寓C区266室（130012）作者联系电话：18616668864摘要低噪声红外焦平面阵列读出电路的研究红外成像探测技术自发明以来，被重点应用于军事的各个方面，而且在卫生医疗、设备检测等领域也备受关注。随着红外成像技术的不断发展，红外焦平面阵列（InfraredFocalPlaneArray,IRFPA）也逐渐为国内外研究者所重视。IRFPA成像系统

5、主要包括两个部分：探测器单元阵列和读出电路（ReadoutIntegratedCircuit,ROIC）。随着集成电路产业技术的不断进步，像元阵列规模不断扩大，像元尺寸不断缩小，ROIC的性能成为制约IRFPA成像系统发展的关键因素，因此对具有高性能的ROIC的研究具有重大意义。本论文首先对IRFPA技术的研究进展做了简要分析，根据ROIC的电路类型和工作原理，比较不同的电路类型，选择电容跨阻放大器（CapacitanceTransimpedanceAmplifier，CTIA）作为本文设计的像元电路类型。其次，对CTIA型的像元电路进行理论分析及设计仿真，考虑像元电路的各个

6、性能参数，尤其是对其噪声的处理进行了详细的介绍及分析。为降低输入参考噪声，本文在设计过程中，将相关双采样CDS电路加入到像元内部，虽然增加了单个像元的功耗和面积，但是简化了列级信号的处理过程，消除了两条列总线传输过程中的干扰问题，有利于整体芯片的布局布线。再次，本文IRFPAROIC的其他模块都进行了理论分析和设计仿真，重点介绍了数字控制模块的设计。数字控制模块的功能是实现32x32像元阵列的行列选择以及各种输出模式、积分模式的控制，包括全阵列读出、开窗读出和亚采样读出等。本文采用先行选再列选的逐行逐列的扫描方式，并且提出了一种预建立机制，不仅提高了电路的读出速率，而且降低了

7、系统的整体功耗。最后，本文采用的是0.18μmCMOS工艺，ROIC的像元阵列规模为32×32，帧频可达100Hz，支持1路、2路和4路输出模式，读出速率为20Mbps，芯片的整体面积为2.2mm×1.6mm。本文设计过程中利用的是全定制的方法，对整体芯片的版图和布局布线都进行了优化，并且通过了DRC、LVS验证，，最终成功流片。关键词：红外焦平面阵列，电容跨阻放大器，相关双采样，积分后读出，积分时读出，多路输出AbstractResearchofLowNoiseReadoutCircuitforInf