第三代红外焦平面探测器读出电路

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1、第37卷第2期红外技术Vol.37No.22015年2月InfraredTechnologyFeb.2015〈综述与评论〉第三代红外焦平面探测器读出电路白丕绩，姚立斌（昆明物理研究所，云南昆明650223）摘要：对红外探测器不断增长和提高的需求催生了第三代红外焦平面探测器技术。根据第三代红外探测器的概念，像素达到百万级，热灵敏度NETD达到1mK量级是第三代制冷型高性能红外焦平面探测器－的基本特征。计算结果表明读出电路需要达到1000Me以上的电荷处理能力和100dB左右的动态范围（DynamicRange）才能满足上述第三代红外焦平面探测器需求。提出在像素内进行数字积

2、分技术，以期突破传统模拟读出电路的电荷存储量和动态范围瓶颈限制，使高空间分辨率、高温度分辨率及高帧频的第三代高性能制冷型红外焦平面探测器得到实现。关键词：第三代红外焦平面探测器；高温度分辨率；高动态范围；数字积分技术；像素级ADC数字读出电路中图分类号：TN215文献标识码：A文章编号：1001-8891(2015)02-0089-08ReadOutIntegratedCircuitforThird-GenerationInfraredFocalPlaneDetectorBAIPi-ji，YAOLi-bin（KunmingInstituteofPhysics,Kunmi

3、ng650223,China）Abstract：Theeverincreasingdemandofthermalimagingsystemcallsthethirdgenerationinfraredfocalplanearray（IRFPA）.Thebasicparametersofthethirdgenerationhigh-performancecooledIRFPAismillion-pixelarrayandaround1mKNETD.Thethird-generationIRFPArequireshighperformance－readoutintegrat

4、edcircuit（ROIC）.IftheROICcan’thandle1000Mechargecapacityandabout100dBdynamicrange，itwillnotmeetthedemandofthethirdgenerationIRFPA.Thein-pixeldigitalintegrationtechnologyisintroducedtobreakthebarriersofthechargestoragecapacityanddynamicrangeoftraditionalanalogROIC.Withthedigitalintegratio

5、ntechnique,thethird-generationcooledIRFPAcanbeimplementedwithhighspatialresolution,hightemperaturedefinitionandhighframerate.Keywords：third-generationinfraredfocalplanearray，hightemperaturedefinition，highdynamicrange，digitalintegrationtechnique，digitalROICwithpixel-levelADC数量是非常有限的，一般不超过

6、200元，因此第一0引言代红外探测器必须搭配复杂的光机扫描装置才能实红外探测器用于对目标的红外热辐射信息进行现对目标辐射的红外成像。在有限的帧周期内，要探测和传输。第一代红外探测器采用多元器件和室用有限的像元完成一幅目标图像的扫描，导致每个温条件下的前置放大器（简称前放），因此每一个像目标图像像素在探测器像元上的驻留时间非常有限，元都有一根独立的信号传输线穿过制冷的真空杜瓦因此探测器像元接收的目标辐射能量受限，使得红壁，到达由分立电子元件构成的前放，进行红外光外探测器输出信号的信噪比（SignalNoiseRatio，敏信号的预处理。在给定光学视场中，由于前放和SNR）

7、和红外成像系统的作用距离都十分有限，这信号传输线数量的限制，第一代红外探测器的像元也使得第一代红外探测器主要作为战术性运用。因收稿日期：2015-01-06；修订日期：2015-01-10.作者简介：白丕绩（1976-），男，云南祥云人，高工，博士生，主要研究方向为红外探测及信号读出，E-mail：hibai@126.com。通讯作者：姚立斌（1968-），男，云南石屏人，研究员，博士，博士生导师，主要研究方向为混合信号集成电路设计，E-mail：libin.yao@ieee.org。基金项目：国防预研基金。89第37卷第2期红外技术Vo