無TEC非制冷紅外焦平面讀出電路的研究.pdf

1、自上世紀90年代以來，非制冷紅外探測器較制冷型的紅外探測器以無需制冷、成本低、功耗小、重量輕、小型化、使用方便等優(yōu)勢迅速引起各國的關注，成為當代紅外技術領域的研究前沿，是國際上競相追逐的熱點之一。
　　本文研究了自適應、低噪聲、高均勻性、高集成度的微測輻射熱計非制冷紅外焦平面陣列讀出電路（ROIC，Readout Integrated Circuit）。該讀出電路集成了片上溫度補償、片上非均勻性校正、片上模數(shù)轉換器（ADC）和片上

2、溫度傳感器電路；實現(xiàn)了640×512陣列的無TEC(Thermoelectric Cooler)讀出電路的設計，與非制冷紅外焦平面陣列單片集成后成像效果良好。主要研究內容和成果綜述如下：
　　1.微測輻射熱計的熱、電模型的建立。通過對微測輻射熱計的熱學—電學等效和仿真，給出了熱容、熱導、偏置電壓、電阻溫度系數(shù)（TCR）和溫升、響應之間的關系。分析了微測輻射熱計和前置放大電路的噪聲特性，包括偏置電壓、積分時間和積分電容等對噪聲電壓、

3、響應率和噪聲等效溫差（NETD）等的影響。
　　2.讀出電路的設計。主要實現(xiàn)了以下五大模塊的設計：自適應的新型橋式偏置電路；新型的積分及采樣保持電路；片上單點偏置數(shù)模轉換器（DAC）電路；片上ADC電路和片上CMOS溫度傳感器電路。
　?。?）自適應的新型橋式偏置電路采用新型橋式偏置電路，引入了襯底溫度補償電阻RB，實現(xiàn)自適應的襯底溫度補償功能，同時該結構還有降低噪聲的作用，測試結果表明輸出電壓隨襯底溫度變化為261mV@d

4、eltaT=80℃；
　?。?）新型的積分及采樣保持電路采用積分電容和采樣保持電容復用的方式，去除了采樣時間，提高了工作效率，有效的提高了幀頻；
　?。?）片上單點偏置 DAC電路采用共用電阻串的方式得到，讀出通道中僅集成decoder部分，有效的減小了芯片面積，減小了系統(tǒng)功耗，測試結果表明采用6bits的片上單點偏置 DAC，校正后輸出最大和最小值之間僅相差12mV，相對于校正前的空間非均勻性降低到了原來的13％左右；

5、r>　?。?）片上ADC電路采用列級集成的single-slope ADC，有效的增強了讀出電路的抗干擾能力。測試結果表明，相應的INL為±1.2LSB和DNL為±0.7LSB，噪聲特性明顯降低；
　?。?）CMOS溫度傳感器電路代替了傳統(tǒng)的溫度傳感器，該溫度傳感器用于對輸出信號進一步的校正。測試結果表明，其溫度靈敏度達到22.8 mV/K，線性度達到99.95%。
　　3.進行了微測輻射熱計陣列與讀出電路的單片集成研究，研