摘要：针对短波红外焦平面探测器高灵敏度、大动态范围的发展需求,设计了一款新型的红外焦平面异形读出电路。传统的像元只使用一种输入级,难以兼顾高灵敏度和大动态范围,而在该设计中包含的组合像元使用了CTIA和大动态范围两种输入级,兼顾了其优点。具体布局为每2×2个CTIA输入级模块阵列中间,含有1个直接注入模式/对数模式可切换的大动态范围输入级模块。工作模式有两种,第一种为CTIA输入级模块和直接注入模式的大动态范围输入级模块同时工作;第二种为CTIA输入级模块和对数模式的大动态范围输入级模块同时工作。基于0.18μm 3.3V标准CMOS工艺,绘制了CTIA输入级阵列规模为320×256,像元中心距为15μm的异形电路像元阵列版图。仿真结果表明,异形电路像元通过小积分电容实现了高灵敏度,通过对数光响应输出实现了大动态范围。

摘要：针对大型复合构件状态动态变化过程和多谱成像检测的需求,提出了一种无增益调节的宽带大动态范围超声放大电路的设计方法,设计了一种带宽为10 kHz~1.25 MHz,增益大于120 dB的无增益调节的超声信号放大电路。该电路采用多级放大器对信号进行分级放大,分割门限控制和信号状态识别与记录,最后通过数据合成实现了超声发射信号、回波信号全信号大动态、宽频带范围超声的放大。仿真实验表明,该电路可满足大型复合构件状态变化中信号的放大和多谱成像检测需求,其电路设计方法也可应用于其他如冲击波测试、声学测量等领域。

摘要：与短波和中波器件相比,长波红外探测器具有较大的光电流和暗电流,故需要强大的电荷存储能力。而使用传统的模拟像元读出电路技术会严重受限于电荷存储能力,使得长波探测器的动态范围和信噪比难以提升,从而制约着长波红外成像系统的发展和应用。提出一种像素级数字读出电路技术,通过数字积分克服了传统模拟积分方案电荷存储能力受限的缺陷,实现了探测器的数字信号输出,能够极大提高探测器的动态范围、抗干扰能力和帧频。该技术是提升长波探测器性能的有效途径。基于该技术设计了一款像元间距为30 m的320×256数字读出电路,其输出以低压差分信号(Low Voltage Differential Signal,LVDS)方式传输。仿真结果显示,该电路的最高帧频可达1000 Hz,动态范围大于95 dB。

摘要：设计了一种大动态范围的10 GHz微带整流电路,电路采用MACOM公司生产的GaAs肖特基二极管MA4E1317。通过在二极管前串联一段微带线,使得二极管输入阻抗随输入功率变化的趋势变缓,并且在输入端口处加入阶梯式阻抗变换线来获得更多功率点的匹配,从而实现大功率动态范围。测试表明,在频率10 GHz、负载600W和输入功率17 dBm的情况下,整流效率为76.5%,50%以上整流效率对应的输入功率动态范围达到14 dB(6~20 dBm)。如此大动态范围高效率整流性能使该整流电路在移动目标微波无线能量传输领域有广阔应用前景。

摘要：目前红外探测器采用传统读出方法很难通过一次积分实现其本身的动态范围。为实现红外探测器的大动态范围不换档读出,引入脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)结构,同时为保证弱信号时的注入效率,结合CTIA输入级,对红外探测器不换档大动态范围读出方法进行研究。提出一种CTIA输入级脉冲频率调制(PFM)读出方法,在系统级层面搭建实验系统并结合短波红外InGaAs单元探测器进行数字量化实验。详细分析了强信号时由系统结构延迟时间引起的转换线性度问题,并建立非理想条件下的数字量化转换模型。实验结果显示,提出的CTIA输入级PFM红外探测器读出方法动态范围达到97 dB,为红外探测器不换档大动态范围读出提供了一种可行方案,并为数字化读出电路设计奠定理论基础。

摘要：针对短波红外焦平面的大动态范围需求,设计了一种像素级脉冲频率调制(PFM)模数转换器(ADC)。传统PFM ADC采用DI输入级,进行弱信号探测时,注入效率会下降,造成动态范围的损失。设计的PFM ADC采用CTIA输入级,弱信号探测时仍能维持高注入效率;同时采用两档增益和增益自选择技术,使得每个像素都能够根据输入的光电流自动选择增益,在提升动态范围的同时,不增加额外的功耗。在0.18μm CMOS工艺模型下,仿真结果表明该电路的动态范围达到100.1 dB,单元ADC功耗小于10.54μW,并且基于所设计的改进型PFM ADC设计了规模为32×32、中心距为50μm的像素级数字化读出电路。

摘要：针对暗物质粒子探测卫星(DMPES)锗酸铋(BGO)量能器探测单元的标定需要,设计了一种用发光二极管(LED)作为光源的闪烁晶体荧光模拟器。首先,利用光电倍增管(PMT)测量BGO晶体在宇宙线辐射下的荧光脉冲,对脉冲波形建模拟合,并将波形存储到可编程信号发生器中。然后,选择一种峰值波长与BGO晶体的荧光发射波长相近,且其光通量与工作电流的线性度较好的LED,设计LED驱动电路,令LED的工作电流与模拟器输入的模拟电压信号幅度成正比。最后,利用信号发生器输出模拟的BGO晶体荧光脉冲波形至驱动电路,使LED发光,并利用积分球将LED的荧光通过光纤均匀地输出到多个PMT。实验结果表明:模拟器光脉冲测试结果与对BGO晶体实际测试的结果相似,光强覆盖PMT的2,5,8个打拿极(Dynode)输出,动态范围达4.11×103倍,满足暗物质粒子探测卫星BGO量能器地面检测系统的需求。该荧光模拟器也可用于同类闪烁晶体探测器系统的检测和标定。

摘要：设计了一种双探测器结构的窄脉冲激光参数测量探头,解决了大动态测量范围和高速放大电路高增益时信噪比低的矛盾。通过对探头前端的光学特性进行分析,给出了均匀照射时探头前端的照度传递系数,并且对非均匀照射情况下可能的最大模型误差进行了分析,指出增大漫透射陶瓷片与探测器的距离和减小出光孔径有利于降低模型测量误差,减小双探测器偏离光轴的安装距离有利于提高两个探测器的测量一致性。测试表明,对于10 ns脉宽的1.064μm激光,所研制的探头在50 nJ^8 mJ范围内的测量误差低于±9%,输出激光脉冲波形幅度在0.7~1.4 V之间。利用推导出的照度传递系数公式还测出了漫透射陶瓷片的透过率为0.60,测量误差为±1.7%。

摘要：透射率在光学领域中有着重要的用途,为了精确的测量物体的透过率,本文基于自相关检测原理设计了一套大动态范围高精度激光透射率测量系统,在分析噪声的基础上,计算了最小可探测光功率,确定了测量的动态范围;同时分析计算了系统信噪比改善程度,最终实现高精度测量。本文以635 nm半导体激光器为光源,使用光电二极管为探测器,采用锁相放大器对微弱探测信号的提取和对干扰信号的抑制,搭接了测量系统,通过分析计算得到待测样品的透过率,并通过改变信号调制频率和锁相放大器的时间常数来观察其对信噪比影响,最终选择调制信号频率在1 000 Hz,锁相放大器时间常数为30 ms的情况下测量,实验表明,系统可测量透射率的范围为0.000 01%~100%,测量误差范围为1%。对于其它波长或其它微弱信号构成的测量系统的动态范围和精度的分析具有借鉴意义。

摘要：多普勒测风激光雷达是大气风场探测的重要手段之一。通过检测风速导致的大气后向散射谱的多普勒频移从而实现风速的探测。由于受鉴频器本身特性的影响,高灵敏度与大动态范围的探测一直是大气风场探测的难点。提出采用双光纤Mach-Zehnder干涉仪(FMZI)作为多普勒激光雷达的鉴频器件,设计两路不同动态范围及风速探测灵敏度的FMZI鉴频器同时对大气回波信号进行鉴频。采用小光程差(13.7 cm)、大动态范围(±100 m·s^(-1))鉴频光路FMZI-2对风速区间进行定位,大光程差(74.8 cm)、高探测灵敏度(2.62%/(m·s^(-1)))的鉴频光路FMZI-1进行风速精细探测,从而实现大动态范围高灵敏度的风场探测。利用标准大气模型对不同参数条件下的系统灵敏度、系统探测的信噪比及风速误差进行仿真分析。结果表明,该系统可以实现±100 m·s^(-1)大动态范围内风速误差小于1 m·s^(-1)的大气风场探测,为大动态范围高灵敏度测风激光雷达的发展进行了有益的探索。