低功耗多功能红外焦平面阵列读出电路研究和设计
CTIA型红外读出电路的数字控制电路结构研究
１ 引 言
在红外成像系统 中，读出电路是用以检测并放 大前级探测器产生的微弱信号 ，它是探测器电信号 到热成像整机的信号传输通道 ，其性能直接影响焦
平面探测器的性能指标 ，在很大程度上决定了探测 器 的性 能… 。
电容反馈 互 导 放 大 器 （ ＴＡ） 红 外 焦平 面读 ＣＩ 型
维普资讯
２Ｏ Ｏ ６年 １ ２月 增刊
实
验
科
学
与
技
术
பைடு நூலகம்
ＣＩ ＴＡ型 红 外 读 出 电路 的数 字控 制 电路 结 构 研 究
沈 科” ，王红培 ，胡 滨
（ 电子科技大学
成都 ６０ ５ ） １０ ４
摘 要 ：研 究 了电容反 馈互 导放 大 器 （ ＴＡ） 红 外读 出电路 的 数 字控 制部 分 的 工作 原 理 ，并 ＣＩ 型 针 对 Ｃ Ｉ 这一特 殊 结构的读 出电路 ，提 出了一种基 于计数 器的数 字控 制 电路 结构 。 文 中给 出了 ＴＡ
ｆ ｒ ｒ ｏ ｅ ｔ ｃ ｕ ｅ ｏ ｅ ｄ ｓｔｌｃｒ ｕ ｔ ｆ Ｔ Ａ ｒ ａ ｏ ｔ ｉ ｕ ｔ ａ ｅ ｎ ｃ ｕ ｔｒ ｏ ａ ｅ ｔ － ｏ ｗａｄ ａ ｎ ｖ ｌ ｒ ｔ ｒ ｆ ｉ ａ ｉ ｉ ｏ Ｉ ｄ ｕ ｒ ｉ ｂ ｓ ｄ ｏ ｏ ｎ ｅ ．Ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｔ ｏ ｓｕ ｈ ｔ ｃ Ｃ ｅ ｃ ｃ ｏ ｈ ｅ ，ｔ ｅ ｎ ｗ ｓｒ ｃｕ ａ ｅ ｅ ｓｅ ｏ ｔ ｌａ ｄ ｆｗｅ ａ ｓｓ ｒ ｌ ｓ ｄ ｉ ｅ ｎ ｗ ｓ ｕ ｔｒ ． ｓ ｒ ｈ ｅ ｔ ｔ ｒ Ｃ ｂ ａ ｉｒ ｔ ｃ ｎ ｒ ｅ ｒｔ ｎ ｉｔｓ ａ ｅ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｃ ｅ ｕ ｅ ｎ ｏ ｏ ｎ ｒ ｏ ｈ ｒ ｕ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｃ Ｉ Ｔ Ａ； ＲＯＩ Ｃ； Ｃ ＤＳ； Ｄ－ ｉ ｇ ｒ Ｃ ｕ ｔｒ ｔ ｇ ｅ ； ｏ ｎｅ ｒ
红外焦平面探测器的暗电流测试分析及性能研究
条件下
的
小进行了测试分析。通过对比多组测试结果
，
度及 ：
对
具
同程度的影响。该研究
改进
高探测
及筛
效率
了理论依据。
关键词：红外探测器；焦平面阵列；暗电流；t镉汞 中图分类号：TN2 文献标志码：A DOI： 10.3969/j.issn.1672-8785.2019.11.005
Study on Dark Current lest and Device Performance of Infrared Focal Plane Detector
第40卷，第11期
红外
23
文章编号：1672-8785(2019)11-0023-06
红外焦平面探测器的暗电流测试 分析及性能研究
王晓龙李冬冰张兴胜 (中国电子科技集团第十一研究所，北京100015)
摘 要：针对t镉汞
焦平面探测器，研究了两种
测试方法。降 ：
直接关系到探测器的信噪比。对所研制的t镉汞光伏探测器在
种情况下的暗
为
暗电流9 o
照图1连接测试
。
模块调
好偏置电压与工作脉冲，使探测器 在同一背景(盲冷屏)下！分别测
工作O 积分
间的输 平。根据式(1)算岀暗
：
=M1 —U2 ・ C/(+ -+1)
(1)
式中! 为探测器的暗电流(@A/pixel/s)； +
和+均为积分时间$);陥为+下的输岀电
平(V)； U#2为+下的输岀电平(V)； C为积
⑵
N$0) = V$0) •亠・ F
X Ad ・ + ・ &/(he)
16红外焦平面器件
四、红外焦平面器件红外焦平面器件（IRFPA）就是将CCD、CMOS技术引入红外波段所形成的新一代红外探测器，是现代红外成像系统的关键器件。
IRFPA建立在材料、探测器阵列、微电子、互连、封装等多项技术基础之上。
1.IRFPA的工作条件IRFPA通常工作于1〜3p m、3〜5p m和8〜12p m的红外波段并多数探测300K背景中的目标。
典型的红外成像条件是在300K背景中探测温度变化为0.1K的目标。
用普朗克定律计算的各个红外波段300K背景的光谱辐射光子密度：随波长的变长，背景辐射的光子密度增加。
通常光子密度高于1013/cm2s的背景称为高背景条件，因此3〜5p m或8〜12p m波段的室温背景为高背景条件。
上表同时列出了各个波段的辐射对比度，其定义为：背景温度变化1K所引起光子通量变化与整个光子通量的比值。
它随波长增长而减小。
IRFPA工作条件：高背景、低对比度。
2.IRFPA的分类按照结构可分为单片式和混合式按照光学系统扫描方式可分为扫描型和凝视型按照读出电路可分为CCD、MOSFET和CID等类型按照制冷方式可分为制冷型和非制冷型按照响应波段与材料可分为1〜3p m波段（代表材料HgCdTe—碲镉汞）3〜5p m波段（代表材料HgCdTe、InSb—锑化铟和PtSi—硅化铂）8〜12p m波段（代表材料HgCdTe）。
3.IRFPA的结构IRFPA由红外光敏部分和信号处理部分组成。
红外光敏部分——材料的红外光谱响应信号处理部分——有利于电荷的存储与转移目前没有能同时很好地满足二者要求的材料——IRFPA结构多样性（1）单片式IRFPA单片式IRFPA主要有三种类型：非本征硅单片式IRFPA主要缺点是：要求制冷，工作于8〜14p m的器件要制冷到15〜30K,工作于3〜5p m波段的器件要制冷到40〜65K；量子效率低，通常为5%〜30%；由于掺杂浓度的不均匀，使器件的响应度均匀性较差。
红外焦平面失效现象仿真研究
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二极管原理非制冷红外焦平面阵列的集成设计
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大的优 势 。 出 电路是 基 于标 准 Ｃ 读 ＭＯ Ｓ工艺进行 设计 的 。 ２ ｘ ４ ３ ０ ２ ０规模 的 焦平 面阵列利 用 Ｃ ＭＯＳ标 准 工 艺和 ＭＥ ＭＳ工 艺集成 已经得到 了结构 实验 结果 。研 究 并测得 二极 管像 元 的正 向压 降的温度 变化 率 约为一 ．ｍＶ Ｋ。分析 和 实验证 明 了二极 管原理 非制 冷红 外 焦平 面阵列 的设 计和 工 艺可行性 ， 一项 １ ／ ５ 是
Ｉｓｔｔ ｆＭｉｒｅｅｔ ｎｃ ｆＣｈｎｓ ａ ｅ ｆＳ ｉ ｃｓ Ｂ ｉｎ ０ ０ ９ ｈｎ ） ｎｔｕｅｏ ｃｏｌｃ ｏ ｉｓｏ ｉｅｅＡｃｄｍｙ ｏ ｃｅ ｅ， ｅ ｉｇ１ ０ ２ ，Ｃ ｉａ ｉ ｒ ｎ ｊ
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ctia型紫外焦平面读出电路设计
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本人签名：
日期
导师签名：
Key word: UV-detecting readout circuit CTIA
目录
目录
第一章 绪论............................................................................................................. 1 1.1 紫外探测技术概述.........................................................................................1 1.1.1 紫外概念.................................................................................................. 1 1.1.2 紫外探测技术的应用.............................................................................. 2 1.1.3 紫外探测器简介...................................................................................... 4 1.2 紫外焦平面阵列的分类及发展状况.............................................................5 1.3 论文研究内容及章节安排.............................................................................7
制冷红外焦平面探测器技术
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
红外
这些
制冷
平面
包括
制冷
工艺
平面
技术
应用
技术
领域
理解
通过
工作
内容摘要
内容摘要
《制冷红外焦平面探测器技术》是一本全面介绍制冷红外焦平面探测器技术的专业书籍，涵盖了 该领域的多个方面，包括探测器的工作原理、制造工艺、性能评估和应用实例等。本书的目的是 帮助读者深入理解制冷红外焦平面探测器的工作机制和性能特点，并了解其在现代科技领域中的 应用。
精彩摘录
在科技迅速发展的今天，制冷红外焦平面探测器技术已经成为科研人员和工 程师们的焦点。这种技术对于军事、环境监测、医疗诊断等领域具有广泛的应用 价值。下面，我们将从书中精选出一些精彩摘录，以飨读者。
红外焦平面探测器是一种先进的红外探测器，能够将红外辐射转化为电信号。 这种探测器在军事侦查、环境监测、医疗诊断等领域发挥着重要作用。例如，在 军事领域，红外焦平面探测器可以用于夜视、导弹制导、目标跟踪等。在环境监 测领域，它可以用于检测空气污染、气候变化等。在医疗诊断领域，它可以用于 图像引导手术、光谱分析等。
目录分析
《制冷红外焦平面探测器技术》是一本全面深入探讨红外焦平面阵列探测器 技术的书籍，其内容基于该领域内的最新研究成果，为读者提供了一个完整的理 论体系和实际应用范例。以下是对这本书的目录进行详细分析：
这一章主要介绍了红外焦平面探测器技术的发展历程和应用领域。它概述了 红外焦平面探测器的功能、优势和在各个领域的应用，为读者提供了一个关于该 技术的宏观认识。
非制冷红外焦平面热成像系统硬件电路设计与实现
3、系统集成：非制冷红外焦平面热成像系统的各个组件需要高度集成以保 证系统的性能和稳定性。这需要采用先进的微电子制造技术和先进的封装技术来 实现。同时，需要开发高效的接口协议来实现组件之间的数据传输和控制。
4、能耗与散热：在非制冷红外焦平面热成像系统的设计和实现过程中，需 要考虑能耗和散热问题。高能耗可能会导致系统过热，影响性能和稳定性；而散 热不良可能会导致系统温度过高，引发故障。为了解决这些问题，可以采用低功 耗的组件和设计来降低能耗；同时，需要采用有效的散热设计和布局来确保系统 在正常工作温度范围内运行。
3、算法：为了提高非制冷红外热成像技术的图像质量和稳定性，需要采用 先进的信号处理和图像处理算法，如自适应阈值设定、中值滤波、多尺度变换等。
应用场景展望
随着技术的不断发展，非制冷红外热成像技术的应用领域也将越来越广泛。 以下是几个潜在的应用领域：
1、智能家居：非制冷红外热成像技术可用于智能家居中的安全监控、人体 检测、温度控制等领域，提高居住的舒适度和安全性。
引言
非制冷红外热成像技术是一种利用红外传感器捕捉热辐射并转换为可见图像 的技术。自20世纪初以来，随着科技的不断进步，非制冷红外热成像技术已经成 为军事、安全、医疗、科研等领域的重要工具。本次演示将详细介绍非制冷红外 热成像技术的发展历程、现状分析、关键技术探究及其应用场景展望。
发展历程
自20世纪50年代起，非制冷红外热成像技术开始进入实用阶段。早期的非制 冷红外热成像系统采用多元线阵列传感器，但由于其制造成本高、噪声大、灵敏 度低，限制了其应用范围。随着技术的发展，20世纪90年代中期，非制冷红外热 成像技术取得了突破性进展。新一代的传感器采用非晶硅等先进材料，提高了灵 敏度和稳定性，降低了成本，使得非制冷红外热成像技术得以广泛应用。
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低功耗多功能红外焦平面阵列读出电路研究和设计低功耗多功能红外焦平面阵列读出电路研究和设计
随着科技的不断发展，红外焦平面阵列成像技术已经被广泛应用于军事、医疗、安防等领域。
然而，红外焦平面阵列的读出电路一直是制约其应用的瓶颈之一。
为了解决这一问题，研究人员们提出了低功耗多功能红外焦平面阵列读出电路的设计方案。
低功耗是该电路设计的重要特点之一。
在传统的红外焦平面阵列读出电路中，由于需要大量的电路元件，功耗较高，导致设备体积大、重量重、成本高等问题。
而低功耗多功能红外焦平面阵列读出电路则采用了多种优化措施，如采用低功耗的CMOS工艺、优化电路结构、降低电路噪声等，使得整个电路的功耗大大降低，同时也提高了电路的稳定性和可靠性。
多功能性也是该电路设计的另一个特点。
在传统的红外焦平面阵列读出电路中，通常只能实现单一的功能，如增益、滤波、放大等。
而低功耗多功能红外焦平面阵列读出电路则采用了多种技术手段，如数字信号处理、自适应滤波、多通道采集等，使得电路具有更加丰富的功能，能够满足不同应用场景的需求。
红外焦平面阵列读出电路的设计也是该电路设计的重要内容之一。
在设计过程中，需要考虑到电路的复杂性、功耗、噪声等因素，同时还需要根据具体的应用场景进行优化。
例如，在医疗领域中，需要考虑到电路的安全性和稳定性，同时还需要考虑到电路的成本和可靠性等因素。
总之，低功耗多功能红外焦平面阵列读出电路的研究和设计是一个复杂而又重要的课题。
通过采用低功耗的CMOS工艺、优化电路结构、降低电路噪声等多种技术手段，使得电路具有更加优异的性能和更加丰富的功能，能够满足不同应用场景的需求。
未来，随着科技的不断发展，红外焦平面阵列读出电路的研究和设计将会得到更加广泛的应用和发展。