紅外焦平面讀出電路中的噪聲研究.pdf

1、紅外成像技術(shù)是利用任何絕對(duì)零度以上的物體都發(fā)射紅外線這一特性，將不可見的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見圖像的技術(shù)，在軍事領(lǐng)域有著重要用途。然而由于紅外探測(cè)器產(chǎn)生的電信號(hào)十分微弱，如果噪聲過大，原本微弱的電信號(hào)可能被噪聲所覆蓋，從而掩蓋了探測(cè)到的有效信號(hào)，嚴(yán)重影響了紅外焦平面陣列的工作性能。因此，減小或削弱噪聲以提高信噪比已成為紅外成像技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。而讀出電路作為紅外焦平面陣列的重要組成部分，它的噪聲對(duì)成像質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，因此找出讀出

2、電路的主要噪聲來源，并研究如何抑制和減小噪聲對(duì)提高紅外成像系統(tǒng)的性能有著重要的意義，也是讀出電路進(jìn)一步發(fā)展的方向。
　　 本論文首先對(duì)噪聲進(jìn)行了理論研究，總結(jié)了噪聲的統(tǒng)計(jì)特性和表征方法。接著，針對(duì)直接注入(DI，Direct Injection)型紅外焦平面讀出電路，按照電路工作的時(shí)序，對(duì)電路中的工作單元進(jìn)行了噪聲分析和計(jì)算，并通過HSPICE的噪聲仿真得到驗(yàn)證。結(jié)果表明積分單元是主要的噪聲來源，進(jìn)而設(shè)計(jì)了兩種帶有相關(guān)雙采樣(C

3、DS，Correlated Double Sample)噪聲抑制結(jié)構(gòu)的積分單元電路，并對(duì)其進(jìn)行了分析和噪聲仿真。分析結(jié)果表明，這兩種帶有CDS結(jié)構(gòu)的單元電路對(duì)噪聲具有改善作用。
　　 通過HSPICE仿真，得到原DI積分單元電路結(jié)構(gòu)的輸出總噪聲約為350μV，而兩種帶有CDS結(jié)構(gòu)的積分單元電路的噪聲分別為315μV和150μV。芯片采用0.5μm、P襯底、N阱、雙層多晶、三層金屬的CMOS工藝制造，通過流水測(cè)試，兩種CDS單元電