高線性度低功耗紅外焦平面陣列讀出電路的研究.pdf

1、紅外成像技術在軍事，商業(yè)，工業(yè)等領域有著廣泛的應用市場。紅外焦平面陣列讀出電路是紅外成像技術的核心部分，它的性能在紅外成像系統中起著關鍵性的作用。本文主要的工作內容為兩點，一是研究高線性度低功耗的紅外讀出單元電路；二是完成32x32陣列讀出電路系統設計，實現了數據的高準確讀出。
　　首先，對紅外讀出單元電路的三個部分分別進行改進，包括像素單元，列讀出級電路，輸出緩沖單元。針對像素單元，本文設計了一種新型結構，在原有單端CTIA結構

2、的基礎上，引入共源共柵和增益自舉結構，提高積分電路輸出信號的線性度。同時，將行選開關連接在采樣電容的左端，并通過適當的時序，完全消除采樣開關引入的非線性影響。在輸入積分光電流為2nA到60nA的范圍內，像素單元輸出電壓的線性度為99.65％，單個像素單元的功耗為438.58nW。針對列讀出級電路，根據紅外圖像對比度較低這一特點，設計了一種新型從運放結構，該結構在傳統主從結構的基礎上，引進電壓檢測電路，顯著的降低從運放的工作電流。仿真結果

3、表明，改進結構的從運放最小功耗比傳統結構的從運放降低了43%，整體改進列讀出級結構輸出信號的線性度為99.3%。針對輸出緩沖單元，采用兩級CMOS結構，輸入級使用NMOS管和PMOS管并聯的互補折疊式共源柵結構，滿足大擺幅，高增益的輸入，輸出級使用 AB類共源推挽輸出結構，滿足大擺幅，高線性度的輸出。模擬結果表明，該輸出緩沖器線性度為99.53%，總功耗為15.93mW。
　　然后，完成32x32陣列讀出電路系統設計，包括模擬部分