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红外系统中基准源及读出电路的设计

作　者: 王标
导　师: 刘声雷
学　校: 合肥工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 基准源红外系统读出集成电路版图验证
分类号: TN216
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 116次
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内容摘要

随着集成电路的不断发展，电源的重要性日益提高，我们对电源的要求也越来越高。如何设计一个稳定的，抗干扰能力强的电源对整个电路的最终的实现有着不言而喻的重要作用。本文首先介绍了集成电路的发展历程及集成电路的基本知识。在第二章中，对红外系统中CMOS基准源的分类及常用的基准源作了介绍。第三章介绍了作者设计的基准源，并对其功能进行了分析，验证了版图。本文还对红外焦平面读出电路作了系统的介绍，分析了CMOS读出电路在性能上的一些具体要求，随后介绍了几种典型的CMOS读出电路结构，分析它们在工作方式和性能上的差别，然后，通过Cadence设计软件完成了带时间延迟积分的高性能288×4 CMOS红外焦平面读出电路的设计，运用Hspice和Verilog-XL进行了功能和时序的仿真验证；运用Cadence中的版图设计工具Virtusuo，完成了该电路的版图设计工作；最后对红外焦平面阵列中的噪声及抑制技术进行了理论分析，同时提出了几种减小和有效抑制读出电路的噪声的设计方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
致谢  7-14
第一章绪论  14-18
  1.1 集成电路的发展概况  14
  1.2 红外系统的发展概况  14-16
    1.2.1 红外探测器的发展概况  14-15
    1.2.2 读出电路的发展历史  15-16
  1.3 课题的内容及意义  16-18
第二章基准源的设计及版图验证  18-35
  2.1 简单的基准源的介绍  18-22
  2.2 基准源的电路设计及分析  22-25
    2.2.1 设计电路的说明  22-25
  2.3 集成电路版图设计的基础知识  25-27
  2.4 MOS集成电路的工艺设计  27-28
  2.5 CMOS工艺设计中阱工艺的选择  28-29
    2.5.1 N阱工艺  28
    2.5.2 P阱工艺  28
    2.5.3 双阱工艺  28-29
  2.6 集成电路版图设计规则  29-31
    2.6.1 版图的层次  29-30
    2.6.2 版图的分析和检验  30-31
  2.7 本设计的版图  31-35
第三章红外读出电路的相关知识  35-42
  3.1 红外探测器的分类  36-37
    3.1.1 热敏(型)红外探测器  37
    3.1.2 光子(型)探测器  37
  3.2 红外焦平面阵列的分类  37-39
  3.3 CMOS读出电路独特的具体要求  39-42
    3.3.1 电荷存储能力  39
    3.3.2 积分时间  39
    3.3.3 噪声  39-40
    3.3.4 动态范围  40
    3.3.5 读出速率  40
    3.3.6 工作温度  40
    3.3.7 功耗  40
    3.3.8 辐射强度  40
    3.3.9 探测器偏压控制  40
    3.3.10 像元和阵列的面积  40-42
第四章 288×4高性能红外焦平面读出电路的设计及仿真  42-69
  4.1 红外焦平面阵列读出电路工作原理  42-43
  4.2 典型 CMOS读出电路结构  43-46
    4.2.1 自积分型读出电路(SI ROIC)  43-44
    4.2.2 源随器型读出电路(SFD ROIC)  44
    4.2.3 直接注入读出电路(DI ROIC)  44-45
    4.2.4 反馈增强直接注入读出电路(FEDI ROIC)  45
    4.2.5 电流镜栅调制读出电路(CM ROIC)  45
    4.2.6 电阻负载栅调制读出电路(RL ROIC)  45
    4.2.7 电容反馈跨阻抗放大器(CTIA ROIC)  45
    4.2.8 电阻反馈跨阻放大器(RTIA ROIC)  45-46
  4.3 288×4读出电路总体设计  46-49
  4.4 读出电路模拟部分设计  49-59
    4.4.1 像元结构设计  50-53
    4.4.2 旁路测试和扫描方向控制设计  53-54
    4.4.3 时间延迟电路设计  54-55
    4.4.4 移位寄存器设计  55
    4.4.5 积分放大器设计  55-57
    4.4.6 输出缓冲器设计  57
    4.4.7 读出电路单通道模拟仿真  57-59
  4.5 数字部分电路设计  59-64
  4.6 读出电路的噪声和功耗  64-66
  4.7 288×4 CMOS读出集成电路版图  66-69
第五章红外焦平面阵列的性能分析  69-79
  5.1 红外探测器的噪声  69-72
    5.1.1 热噪声  69-70
    5.1.2 散粒噪声  70
    5.1.3 产生—复合噪声  70
    5.1.4 光子噪声  70
    5.1.5 温度噪声  70-71
    5.1.6 1/f噪声  71-72
    5.1.7 探测器阵列噪声  72
  5.2 读出电路的噪声  72-74
    5.2.1 MOS管的固有噪声  72
    5.2.2 MOS管的开关噪声  72-73
    5.2.3 KTC噪声  73-74
    5.2.4 固定图形噪声  74
  5.3 直接注入读出电路的非均匀性讨论  74-79
    5.3.1 短沟道效应  75
    5.3.2 静电反馈效应  75-76
    5.3.3 窄沟道效应  76
    5.3.4 电流镜的误差分析  76-79
结论  79-80
参考文献  80-81

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