摘要：一款完整的红外焦平面探测器主要包含探测器件、读出电路、封装结构和制冷组件。目前根据不同应用场景,探测波段范围不断变宽、探测灵敏度需求提高、成像速度要求加快,对探测器设计提出了更严格、更复杂的指标要求。其中,读出电路将探测光信号转换为电信号传输至系统,是探测器组件的关键核心模块。本文设计了一款对应多色叠层量子阱型器件的红外焦平面探测器读出电路,能够实现同时间、同空间对四波段信号进行探测,并且同时读出,四波段信号的探测积分与读出之间没有互相干扰。探测器规格640×512,像元间距50μm(四波段),各波段信号可实现分时积分、分别可调,采用边积分边读出工作模式,读出帧频可达到四波段探测时≥50 Hz,电路噪声≤0.5 mV,动态范围≥70 dB,电功耗≤600 mW,是一款超大规模低噪声高帧频的高性能读出电路。

摘要：SoC芯片的很大一部分面积被存储器占据,而静态随机存储器SRAM为主要部分,因此高密度的SRAM研究引起更多重视。随着半导体工艺的不断发展,SRAM存储器的读写性能愈发重要。研究和分析了两种高密度、低功耗、高速的SRAM读辅助电路,即降低字线电压电路和增大供电电压电路。针对存储密度提升的4T SRAM,通过使用读辅助电路,增强了数据读取的稳定性,同时可以保证SRAM的数据写能力。在55 nm CMOS工艺条件下,相对传统6T SRAM,4T存储单元的面积减小20%。仿真结果表明,通过在外围电路中设计辅助电路,4T SRAM的读稳定性改善了134%。

摘要：主要研究红外探测器读出电路的输入级设计,针对短波红外信号,电容反馈互导放大器型(CTIA)读出电路具有高注入效率的特点。本文设计了一种带有背景暗电流抑制的CTIA型读出电路输入级结构,该结构在77 K低温环境,大于300μs的长积分时间工作。探测器接收短波小信号,注入电流0~800 pA,与传统的CTIA型读出电路输入级相比,有效实现对背景暗电流的抑制作用,提供探测器偏压的稳定度提高93.2%,同时,积分线性度达到99.97%,具有良好的积分均匀性、灵敏度和动态范围。

摘要：CMOS运算放大器是红外探测器系统读出电路的重要模块,其性能直接影响红外读出电路性能。本文设计了一款适用于高速读出电路的输出级运算放大器,在负载电阻100 kΩ,负载电容25 pF的条件下,使读出电路的工作频率大于20 MHz。输出级运算放大器由折叠共源共栅差分运放和甲乙类推挽反相运放级联构成。折叠共源共栅差分运放可以实现电路高增益、大输出电压范围和高输出阻抗,同时可以有效减小放大器输入端的米勒电容效应。甲乙类推挽反相运放具有高电压电流转换效率,可以灵活地从负载得到电流或者向负载提供电流,实现高电流增益,驱动大负载。两级运放之间通过米勒电容实现频率补偿,保证运放的稳定性。本文设计的高速输出级运算放大器基于SMIC 0.18μm工艺设计,最终实现指标:功耗不大于10 mW,运放增益>84 dB,相位裕度79°,单位增益带宽>100 MHz,噪声78μV(1~500 MHz),输出电压范围1~5 V,建立时间<15 ns。通过设计高速输出级运算放大器,红外读出电路的读出速率和帧频得到有效提高。

摘要：通过减少晶体管数目来达到减小存储单元面积,从而实现高密度的SRAM设计是一种较为直接的解决方案。在至关重要的SRAM存储单元设计中,不同工作状态表现出的稳定特性是评判SRAM设计的重要指标。比较了55 nm CMOS工艺节点下传统6T和4T SRAM存储单元的数据保持和读写工作时的稳定特性。经过多次蒙特卡洛仿真,仿真结果表明,4T结构SRAM与传统6T结构相比,存储单元面积减小20%,在相同供电电压下,通过在外围电路中增加读辅助电路,读稳定性提升了110%,写能力增强183%。

摘要：双波段红外探测器是第三代焦平面探测器发展的重要方向之一,二类超晶格材料由于其优异的光电性能而成为制备双色红外探测器的优选材料之一。本文报道中长波双色二类超晶格器件结构设计、材料外延、读出电路设计、芯片加工、组件化等方面研究进展,通过对刻蚀以及钝化工艺进行了优化,制备出性能良好的640×512中长双色二类超晶格红外探测器,主要指标实现像元中心间距20μm,读出方式同时读出,中波波段3.5~4.8μm,长波波段7.5~9.5μm,噪声等效温差中波28.8mK、长波38.8mK,响应率非均匀性中波4.52%、长波7.89%;盲元率中波1.2%、长波1.3%,并完成成像演示,成像质量良好,为双色红外探测器工程化应用奠定了基础。