非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计.pdf

《非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计薛培帆2015年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计作者姓名薛培帆学院名称信息与电子学院指导教师仲顺安教授答辩委员会主席费泽松教授申请学位级别工学硕士学科专业微电子与集成电路学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月DesignofsignalprocessingcircuitsforIRFPACandidateName：PeifanXueSchoolorDepartment:InformationandElectronicsFacultyMentor:Prof.ShunanZhongChair,

2、ThesisCommittee：Prof.ZesongFeiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MicroelectronicsandIntegratedCircuitDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与

3、我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要红外焦平面技术涉及的内容包括红外辐射的探测、转变和使用。这种高科技的红外技术，涵盖了材料学、光学、MEMS和微电子等好多个方面，范围非常广。在国防的信息化和现代化进程中，红外技术的意义重大，很多民用领域也离不开它。红外焦平面阵列(IRFPA)包括两个部分，前端是探测器，后面接的是读出电路。本次毕业设计内容的重点是读出电路的设计和后面调制器的设计。非制冷红外焦平面阵列作为目前低成本的第四代红外热成像器件，正在朝着二维大面阵的方向发展。多功能集成、系统的简易化、后续信号处理技术的增强将

4、会越来越吸引研究人员的研究兴趣。通过将供电模块以及时序控制模块和非制冷红外焦平面阵列读出电路实现系统单芯片集成，系统的集成度以及稳定性将得到显著提升，是未来非制冷红外焦平面阵列的发展方向。本文基于CTIA型读出电路结构，设计实现了1×8线列微测辐射热计型焦平面阵列单芯片全集成型信号处理电路。仿真和测试验证表明，所设计电路能够完成预设功能。论文内容安排如下：首先，介绍了非制冷红外焦平面的基本概况；其次，针对微测辐射热计型红外焦平面阵列，确定其读出电路总体架构，给出了各模块电路设计；再次，给出了信号处理后端所需的Sigma-Delta调制器设计，并进行了系统联调仿真验证；最后，对读出电路模块电路进

5、行了详细测试并给出了未来红外读出电路设计的发展展望。本文设计了一种红外焦平面信号处理电路，基于中芯国际0.18μmCMOS工艺，采用CTIA型单元读出电路结构，实现了偏置模块、驱动信号源模块、电流积分模块、相关双采样模块(CDS)、缓冲输出模块的单芯片集成,成功制造了1×8读出电路原型。仿真结果表明，热敏电阻与输出电压之间的线性度达到了99.94%，输出稳定，能很好地实现读出功能，适合于大面阵移植。调制器的过采样率为128，20kHz的带宽，后仿真的信噪比能够达到97dB。设计的三阶Δ-Σ调制器采用中芯国际0.18μmCMOS工艺实现，1.8V的电源电压下，功耗仅为480μW，为红外焦平面阵列

6、信号的并行读取奠定了研究基础。关键词：红外焦平面；读出电路；CTIA；sigma-delta调制器IAbstractInfraredfocalplanetechnologyisahigh-techintegratedtechnology,whichstudiesthedetection,conversionandapplicationsofinfraredradiationandcoversmultiplesubjects,suchasinfraredmaterials,optics,siliconmicro-machiningandmicro-electronicsandsoon.Ithas

7、greatsignificanceinnationaldefenseconstructionandhasappliedinalotofcivilianareas.Infraredfocalplanearrays(IRFPA)consistsofdetectorsandreadoutcircuits,thecontentofthisgraduationprojectisunfoldingaround