焦平面红外探测器读出电路信号增强技术研究

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题名	焦平面红外探测器读出电路信号增强技术研究
作者	王霄
答辩日期	2016-11-30
文献子类	博士
授予单位	中国科学院沈阳自动化研究所
授予地点	沈阳
导师	史泽林 ; 徐保树
关键词	焦平面红外探测器读出电路信噪比模拟累加测试系统
学位名称	博士
其他题名	Research on Signal Enhancement for Readout Integrated Circuit of IRFPA Detectors
学位专业	模式识别与智能系统
英文摘要	通过增强红外焦平面成像灵敏度来提高红外弱小目标探测对大气环境及红外对抗隐身的适应性，是光电技术领域的重要课题。当前国际上有两条研究路线，一是制备高量子效率的红外像素器件；二是设计高性能读出电路抑制探测器噪声，通过提高信噪比提高灵敏度。本文从红外读出电路有关基础问题出发，深入分析了主流焦平面红外探测器光电转换到信号调理、传输过程中噪声形成及影响机理，提出了像素级辐射能量累加的策略，设计并实现了具有像素级累加功能的新型长波红外读出电路结构及其优化，显著提高了探测器信噪比。第一章介绍论文的研究背景和意义，对焦平面红外探测器及其读出电路的国内外研究现状和发展趋势进行了说明。第二章介绍基本知识，对红外成像系统、热敏型/光子型探测器、读出电路做了分层次介绍，重点阐述了直接注入式DI、电容反馈跨导CTIA、电流镜积分CMI等主要类型的读出电路结构特点，并进行了原理和性能分析对比。第三章是相关双采样电路分析方法，提出了一种针对相关双采样电路的噪声分析方法。该方法通过建立频域噪声模型，结合电路动作时序，可以有效地分析采样操作与滤波效应联合对噪声传输的影响。利用该方法分别给出了一种小面积相关双采样电路和一种具有失调自消功能的相关双采样电路的噪声与设计参数的函数表达式。第四章是焦平面红外探测器噪声形成与影响机理，分析了探测器中噪声源的特性，针对目前主流的读出电路结构，研究了光电转换到信号调理、传输过程中噪声的形成，阐明了积分过程和相关双采样过程对噪声的影响机理；给出了主流读出电路关键设计参数与噪声性能的优化关系。第五章是信号增强读出电路设计，提出了实现像素级辐射能量累加策略的读出电路结构。分析了模拟累加操作抑制噪声的原理，在分析得出读出单元面积、功耗对噪声性能和响应速度制约关系的基础上，设计了一种具有像素级模拟累加功能的新型信号增强读出电路，并利用亚阈值技术优化了单元电路的功耗；在性能仿真验证基础上，设计了基于0.18μm CMOS工艺的信号增强读出电路单元电路的版图，完成了验证级单像素读出电路的制备。第六章是焦平面红外探测器测试方法研究，基于HGH测试平台给出了测试所需预处理接口电路的设计方法与焦平面红外探测器逻辑控制信号的设计方法。学位论文是在中科院成像制导技术国防重点实验室基金和装备发展部精确制导技术领域重点项目支持下完成的。所提出的基于辐射能量累积的高灵敏度探测器信号增强读出电路设计方法，不仅适用于长波制冷型的焦平面红外探测器，也可推广至激光、微波等非成像体制的探测传感器，方法具有普适性。
语种	中文
产权排序	1
页码	139页
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.sia.cn/handle/173321/19450]
专题	沈阳自动化研究所_光电信息技术研究室
推荐引用方式 GB/T 7714	王霄. 焦平面红外探测器读出电路信号增强技术研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2016.