摘要：红外焦平面探测器正朝着更大规模、高帧频、高集成度的方向发展。在高速目标跟踪探测、感兴趣区域成像等应用场景,需要解决高速读出时面临的功耗较高的难点。文中提出了一种数字IC的可编程开窗IP核设计,并通过采用列级分时选通技术,实现对640×512读出电路列模块的超低功耗优化。像素单元电路包含CTIA输入级、双采样保持结构和跟随输出,折衷优化了面积、噪声和增益等因素。相较于传统用门级电路定制设计实现的开窗方式,可编程开窗数字IP核对于不同面阵规格具有良好的可扩展性,并且可以借助后端软件综合优化版图布局,从而缩短设计周期。实际研制中采用0.18μm标准CMOS工艺完成了中心距15μm的640×512读出电路设计及流片验证,并与640×512元短波红外InGaAs探测器芯片进行了耦合测试,结果表明分时选通技术有效降低了列级电路功耗,电路读出总功耗小于80 mW,列级功耗仅为15 mW,读出速率达到15 MHz,可编程开窗IP核功能正常,可以实现指定区域的开窗功能。

摘要：针对应用于单光子探测的单光子雪崩二极管建立了EDA电路模型,讨论了模型参数设置及仿真方法,利用此模型分别完成了像素级被动淬火集成电路、像素级主动淬火及快速恢复集成电路的设计仿真,并利用CSMC公司的0.5μmCMOS工艺进行流片制作。结果表明,建立的探测器模型与CMOS电路设计相互兼容,通过合适的电路设计和参数设置,采用以上集成淬灭电路的单光子探测器的最小"盲时"可分别达到100ns和4ns。

摘要：设计了一种基于电容反馈跨阻放大器(CTIA)的长线列CMOS图像传感器。为减小器件功耗和面积,采用基于单端四管共源共栅运算放大器。为提高信号读出速率,采用没有体效应的PMOS源跟随器,同时减小PMOS管的宽长比,有效减小了输出总线寄生电容的影响。在版图设计上,采用顶层金属走线,降低寄生电阻和电容,提高了长线列CMOS图像传感器的读出速率和输出线性范围。采用0.35μm 3.3V标准CMOS工艺对传感器进行流片,得到器件像元阵列为5×1 030,像元尺寸为20μm×20μm。测试结果表明:该传感器在积分时间为1ms、读出速率为4MHz的情况下工作稳定,其线性度达到98%,线性动态范围为76dB。

摘要：混合飞行时间测距基于间接飞行时间测距的原理,同时结合直接飞行时间测距的概念,可以实现高精度、高范围的脉冲激光测距。采用两相采集方式,建立了背景光抑制的两段两相混合测距模型,并通过对模型的误差分析确定了电路的相关参数。采用在线性模式下工作的雪崩光电二极管(Linear-Mode APD,LM-APD)作为探测器,设计了与混合测距模型适配的50μm中心距的像素电路以及5×5阵列结构。电路输入级采用电容反馈跨阻放大器结构,输出信号包括模拟信号和低压差分信号。在对APD探测器20 MHz的调制频率下,输出电压达到99.8%以上的线性度,在108.75 m测距范围内达到4.415 cm的平均误差,11.355 cm的最大误差。仿真表明:混合测距兼顾精度和测量范围,适用于激光雷达三维成像领域。

摘要：设计了一种可应用于多光谱红外光谱仪的红外焦平面读出集成电路。电路可以选择任意连续或非连续行的积分信号进行读出而无须逐行读出,从而大大增加了系统的灵活性和帧频。同时,电路采用滚动式IWR工作模式,为此根据读出单元是否有积分开关设计了两种复位积分控制模块;单元内部可采用DI,CTIA等读出结构。此电路具有明确的工程应用价值。

摘要：甚长波红外(VLWIR)波段富含大气湿度、CO_2含量及云层结构和温度轮廓等大量信息,是大气遥感的重要组成部分。为了满足现阶段甚长波红外探测器对读出电路高注入效率、大动态范围、稳定的探测器偏压、长积分时间等需求,设计了一种具有记忆功能背景抑制结构的共享型读出电路。该电路采用2×2四个相邻的探测器像元共用一个读出电路单元的共享缓冲直接注入级(SBDI)结构,增大了单元电路的面积,在单元内实现了具有记忆功能背景抑制结构的设计,其总积分电容达到8.8 p F,有效延长了积分时间和红外焦平面的信噪比(SNR),并改善了动态范围和对比度。基于HHNEC CZ6H 0.35μm 1P4M标准CMOS工艺,完成了电路的流片制造。仿真及测试结果表明:在50 K温度下电路功能正常,其动态范围大于90 d B,线性度优于99.9%,积分时间可达74μs,达到了设计要求。该读出电路适用于甚长波红外探测器。

摘要：256×256像元MOS电阻阵是红外成像制导系统半实物仿真的核心器件,其芯片的性能直接影响仿真性能和实验结果,而其能测试和非线性修正一直是红外成像仿真领域的关键问题和前沿技术。深入分析了电阻阵主要性能指标的测试方法,在测试和实验的基础上,提出了映射配准和失效像素补偿的算法,设计了基于指数曲线的非线性修正模型,完成了修正补偿工作并进行了测试和分析。结果表明非线性修正算法可行,修正后的MOS电阻阵线性控制特性较好,红外图像灰度层次有较大提高,较好地满足了红外成像制导的仿真需求。

摘要：提出了一种用于中波红外成像的基于15位像素级单斜率模数转换器的低功耗数字读出电路。像素级模数转换器采用一种新型功耗自适应的脉冲输出型比较器,只有当斜坡电压信号接近积分电压时,比较器才产生功耗。此外,比较器输出脉冲信号,降低了15位量化结果存储器上消耗的动态功耗。该存储器采用三管动态结构,仅占约54μm^(2)面积,以满足15μm像素中心距的面积约束。量化结果以电流模式读出到列级,避免相邻列总线间的电压串扰。基于0.18μm CMOS工艺,采用该结构,设计并制造了640×512规格的数字读出电路。测试结果表明,在120 Hz的帧频下,功耗仅为48 mW,总积分电容为740 fF,电荷处理能力为8.8 Me^(-)。在满阱状态,等效到积分电容的噪声电压为116μV,峰值信噪比为84 dB。

摘要：对采用金属有机化学气相沉积方法生长的p-Al0.43Ga0.57N/i-Al0.43Ga0.57N/n-Al0.7Ga0.3N异质结构上制备的背照射日盲型AlGaN紫外光电探测器进行了光电性能和电容特性的研究。室温下探测器零偏压时的电流密度为0.44 nA/cm2,278 nm的峰值响应率为0.042 A/W。电容频率特性表明:器件电容随着频率的增大先迅速后缓慢地降低,但在频率高于100 kHz后又加速下降。通过器件低频下的电容计算可得,其耗尽层宽度为160 nm,低于设计的本征层厚度,说明器件的本征层没有完全耗尽。因此,未耗尽本征层的高电阻是引起100 kHz附近电容又快速下降的重要原因,由不同频率下1/C2-V曲线的变化关系及其斜率计算的杂质浓度等结果进一步证实了这一结论。

摘要：设计了一款高帧频高灵敏度双通道16元线列PIN-CMOS图像传感器。相对于传统的pn结光电二极管,PIN光电二极管具有结电容小和量子效率高的优点,可以降低CTIA像素电路的噪声,提高信噪比;同时采用一种新型的相关双采样电路结构,可以在边积分边读出的模式下实现相关双采样,抑制像素复位带来的KTC噪声。基于0.35μm PIN-CMOS工艺进行了线列CMOS图像传感器流片,并对器件的光电性能进行了测试。测试结果表明:在像元尺寸为90μm×90μm,700nm波长下,器件灵敏度达3 000V/(lx·s),量子效率为96%;在40kHz高帧频、0.05lx光照条件下器件信噪比为7,适于弱信号下的高速探测。