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基于CTIA的读出电路的设计与实现

作　者: 曲建国
导　师: 余宁梅
学　校: 西安理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 读出电路量子阱红外探测器电容跨阻放大器暗电流抑制相关双采样
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

红外焦平面阵列是获取景物红外光辐射信息的重要光电器件,由红外探测器阵列和读出电路阵列组成。读出电路的性能指标直接影响焦平面探测器的性能,高性能的读出电路是保证焦平面阵列正常工作的关键。本文采用电容跨阻放大器型结构(CTIA),设计完成了16×16阵列QWIP读出电路。读出电路包括:CTIA输入电路,暗电流抑制电路,CDS采样电路,电压偏置电路,以及数字控制电路五大模块。对各模块电路进行原理分析,初步确定了各模块电路的结构及相关器件参数,通过SPICE仿真对电路功能及性能进行深入分析,并综合考虑电路面积等因素,完成了QWIP读出电路的结构设计。在此基础上,采用0.35μm数模混合信号CMOS工艺,通过全定制设计方法,设计了各个电路模块的版图和连线,通过后仿真验证了版图设计的正确性后送出流片。设计完成的16×16阵列读出电路面积为1mm×1mm。流片后,自行设计制作了PCB测试电路板,利用FPGA为测试电路提供控制信号进行芯片的测试。测试结果表明:电路0-2V偏压可调,读出帧速为10KHz,暗电流在上百nA时,可以读取10nA左右的光电流。芯片功能符合设计要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
1 绪论  6-16
  1.1 引言  6-7
  1.2 红外探测技术及红外焦平面的发展  7-8
  1.3 红外焦平面阵列的分类  8-9
  1.4 红外焦平面读出电路的发展与分类  9-13
  1.5 课题研究工作的目的和内容  13-16
2 应用于QWIP的读出电路模拟部分的设计  16-34
  2.1 读出电路性能参数  16-17
  2.2 读出电路结构介绍及设计思路  17-19
  2.3 DI、BDI及CTIA方式单元电路的仿真及单元结构的选取  19-24
  2.4 CTIA方式读出电路单元电路的设计  24-34
    2.4.1 CTIA方式的输入电路结构及仿真  24-27
    2.4.2 暗电流抑制电路的结构及仿真  27-30
    2.4.3 采样电路的结构  30-31
    2.4.4 基于CTIA读出单元电路的仿真  31-34
3 读出电路数字控制部分的设计  34-50
  3.1 数字部分模块介绍  34-35
  3.2 数字电路仿真  35-43
  3.3 读出电路数模综合电路仿真  43-45
  3.4 读出电路的版图绘制  45-50
    3.4.1 工艺介绍  45-46
    3.4.2 读出电路的版图设计  46-50
4 读出电路芯片的测试  50-54
  4.1 读出电路芯片测试电路设计  50-52
  4.2 读出电路芯片测试结果  52-54
5 结论  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-58
在学校期间发表的论文  58

基于CTIA的读出电路的设计与实现

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