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红外焦平面阵列CMOS读出电路研究

作　者: 刘成康
导　师: 袁祥辉
学　校: 重庆大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 红外焦平面阵列 CMOS读出电路热释电微测热辐射计
分类号: TN215
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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引　用: 10次
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内容摘要

当今的红外焦平面技术已发展成为集红外材料、光学、制冷、硅微机械加工和微电子于一体的高科技综合技术，它对国防建设有着非常重要的意义，在工业和民用领域也有着极其广泛的市场前景。红外焦平面阵列由红外探测器阵列和读出电路阵列组成。CMOS读出电路是读出电路发展的主流方向，也是红外焦平面阵列的关键技术之一，它的性能优劣直接影响到红外焦平面阵列，甚至整个红外系统的性能。我国于上世纪九十年代才涉足此技术，目前仍处于预研阶段，其水平较西方发达国家尚有不小差距。发展我国自己的红外焦平面阵列技术以成为当务之急。本课题来源于原电子部“九五”国防（电子）预研重点项目和国家军工配套项目。根据课题需要，本文对多种典型的CMOS读出电路，包括读出电路的噪声及处理技术进行了比较系统深入的理论分析和计算机仿真实验研究，保证了所设计的读出电路正确、可行。本文第三章首先对典型致冷型CMOS读出电路的非均匀性、注入效率、偏置稳定性、注入电流的频率特性以及阈值电压非均匀性等问题进行了较为全面的理论分析和计算机仿真实验研究。然后，对缓冲栅调制输入CMOS读出电路进行了理论分析和仿真实验研究。该读出电路具有自适应增益控制和背景电流抑制功能，是一种高性能的读出电路，对远距离探测目标和高背景应用都具有十分重要的意义。仿真结果表明所设计读出电路结构正确，可以为以后实际的电路设计提供有益的参考。本文第四章对热释电红外焦平面阵列和微测热辐射计焦平面阵列的读出电路进行了理论分析和仿真实验研究，并给出了实际的热释电线阵列的测试信号。本文第五章对红外焦平面阵列中的噪声及噪声处理技术进行了理论分析，同时提出了一种用电流模技术设计的新CMOS电压差分器方案。该差分器可置于读出电路片内，对相关双采样电压信号进行差分，以减小读出电路的固定图形噪声。在研究过程中，我们提出并设计了一种面阵读出电路的片上驱动信号发生器电路，且得到正确的仿真结果。该电路结构简单，很容易将其纳入读出电路片内，以大量减小读出电路引线数目，减小系统体积并提高系统的可靠性。

全文目录

中文摘要  Ⅰ  3-4
英文摘要  Ⅱ  4-7
1 绪论  7-11
  1．1 引言  7-8
  1．2 课题研究工作的目的和意义  8-10
  1．3 研究方法、内容及预期结果  10-11
2 红外焦平面技术的发展历史及现状  11-22
  2．1 红外探测器的发展历史  11-13
  2．2 读出电路的发展历史  13-14
  2．3 红外焦平面阵列的分类  14-16
  2．4 读出电路概述  16-20
  2．5 读出电路发展方向  20-22
3 致冷型红外焦平面阵列读出电路  22-52
  3．1 准备知识  22-26
  3．2 DI读出电路分析与仿真实验  26-39
  3．3 FEDI读出电路理论分析与仿真实验  39-43
  3．4 BGMI读出电路理论分析与仿真实验  43-52
4 非致冷型红外焦平面阵列读出电路  52-66
  4．1 热释电读出电路理论分析与仿真实验  52-57
  4．2 微测热辐射计读出电路理论分析与仿真实验  57-63
  4．3 面阵读出电路驱动信号发生器电路研究  63-66
5 红外焦平面阵列的噪声及处理技术  66-81
  5．1 红外探测器和读出电路中的噪声  66-75
  5．2 读出电路噪声处理技术  75-81
6 结论  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-87
附录A  87

红外焦平面阵列CMOS读出电路研究

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