李敬国,卓 毅

(华北光电技术研究所,北京 100015)

1 引 言

随着红外探测器及集成电路技术的发展,作为红外探测器组件核心部件的读出电路正朝着第三代焦平面读出电路的方向发展,其主要特点是大面阵、小间距、高帧频、数字化、大电荷处理能力等。焦平面读出电路信号处理技术在提高了组件小型化、智能化水平的同时,大大提高了组件的动态范围和信噪比,提高了系统的灵敏度。

2 读出电路关键性能指标

读出电路的典型工作原理如图1所示,其主要功能是对红外探测器的电流信号进行积分,电荷电压转换、放大,最后经过时序选通缓冲放大器输出。

读出电路一般通过铟柱倒装互连的形式与红外探测器连接,封装在真空杜瓦适配制冷机,形成了红外探测器组件。表征其图像质量的两个关键性能指标分别为动态范围与信噪比。

图1 读出电路工作原理图Fig.1 Readout circuit schematic

动态范围定义为最大的非饱和信号与无光输入条件下组件噪声之比,参见公式(1),动态范围大的组件通常会产生高的图像质量[1]。

(1)

(2)

虽然,平均噪声功率会随着光信号iph增加而增加,SNR还是会单调增加；刚开始,读出电路噪声占主导时,SNR以20 dBs/dec斜率增加；最终,散粒噪声占主导时,SNR以10 dBs/dec斜率增加。

组件的动态范围、信噪比与红外探测器暗电流水平、读出电路的电荷处理能力、读出电路噪声水平直接相关。对于低背景、弱目标应用而言,读出电路噪声水平至关重要,其噪声水平由读出电路输入级噪声水平决定。……