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氧化钒非致冷红外探测器阵列读出电路结构研究

作　者: 黎文模
导　师: 陈向东
学　校: 西南交通大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 氧化钒微测辐射热计读出结构红外探测器噪声等效温差
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

自从高集成度、高可靠性、低成本的传感器用于非致冷微测辐射热计探测器以来,人们对非致冷微测辐射热计用作红外探测器产生极大的兴趣。本文就氧化钒非致冷红外探测器阵列读出电路结构这一内容,论述了氧化钒微测辐射热计的电学特性和工作原理。采用理论计算与模拟分析的方法,给出了氧化钒热敏电阻的非线性模型。这种基于理论而不是实验基础上的模型虽然还有待进一步完善,但它与读出电路可以更好的结合,便于分析探测器整体性能。推导出了包含约翰逊噪声、1/f噪声和热波动噪声的微测辐射热计和读出电路CMOS差动放大电路噪声模型。描述了探测器阵列的三种读出结构:像素式、列柱式和串联式。在假定探测器阵列功率消耗为常数的情况下,结合实际电路模型对三种读出结构的NETD参数进行了优化。根据优化得到的NETD值,结合噪声特性分析比较了三种读出结构的性能。自热效应引起的温度变化与周围环境温度比较起来可以忽略不计,降低1/f噪声可以获得较低的NETD值。而对探测器阵列来说,分析比较结果表明,像素式读出结构被发现在应用中是更好的选择。

全文目录

第1章绪论  8-12
  1.1 非致冷红外焦平面阵列发展状况  9-10
    1.1.1 国外非致冷红外焦平面发展状况  9
    1.1.2 国内非致冷红外焦平面发展状况  9-10
  1.2 非致冷红外探测器的主要研究方向  10
  1.3 本文的主要工作  10-12
第2章氧化钒热敏电阻微测辐射热计  12-24
  2.1 微测辐射热计的电学特性  12-14
  2.2 氧化钒红外微测辐热计工作原理  14-17
    2.2.1 无偏置情况下的热平衡过程  16
    2.2.2 施加偏置时的热平衡过程  16-17
  2.3 氧化钒微测辐射热计的基本结构  17-18
  2.4 氧化钒红外单元探测器的电压响应  18-19
  2.5 氧化钒热敏电阻特性分析  19-23
    2.5.1 氧化钒热敏电阻的PSPICE模型  20-22
    2.5.2 模拟结果及特性分析  22-23
  2.6 本章小结  23-24
第3章红外焦平面阵列读出结构  24-44
  3.1 非致冷红外焦平面阵列概述  24-26
    3.1.1 热释电非致冷焦平面阵列  24-25
    3.1.2 微测辐射热计非致冷焦平面阵列  25-26
    3.1.3 两种焦平面阵列的比较  26
  3.2 红外焦平面阵列结构类型  26-28
  3.3 读出电路的性能要求  28-30
  3.4 读出电路类型  30-32
    3.4.1 电荷藕合器件  30-31
    3.4.2 MOS开关阵列  31-32
  3.5 探测器阵列读出结构  32-43
    3.5.1 三种读出结构  32-33
    3.5.2 噪声模型  33-35
    3.5.3 噪声分析  35-37
    3.5.4 自热效应  37-38
    3.5.5 优化 NETD  38-42
    3.5.6 三种读出结构的分析比较  42-43
  3.6 本章小结  43-44
第4章红外焦平面阵列噪声分析  44-53
  4.1 探测单元噪声  44-46
  4.2 读出电路噪声  46-49
  4.3 读出电路噪声处理  49-52
    4.3.1 相关双采样的工作原理  49-51
    4.3.2 相关双采样技术方法分析  51-52
  4.4 本章小节  52-53
结论  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-59
攻读硕士学位期间发表的论文  59-60
附录  60

氧化钒非致冷红外探测器阵列读出电路结构研究

内容摘要

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