王玉娇 黄静 孙玲 韩笑 邓洪海

摘 要： 单斜率型模/数转换器以其简单的结构、较高的分辨率和易于集成的优势，在红外焦平面读出电路设计中被广泛应用。基于Matlab软件环境下的Simulink工具，建立了一个14位Single?slope ADC的系统模型。其充分讨论Simulink工具下电路各单元模块的具体实现和信号间的时序关系，给出电路的行为级仿真结果，为Single?slope ADC的集成电路设计与实现提供参考。

关键词： 单斜模/数转换器； 行为级建模； 红外焦平面； Simulink； 集成电路设计； 功能仿真

中图分类号： TN492?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）16?0104?04

Abstract： As the single?slope ADC has the advantages of simple structure， high resolution， and easy integration， it has been widely used in the design of the infrared focal plane read?out circuit. Based on the Simulink tool in the Matlab software environment， a 14?bit single?slope ADC system model is built. The specific implementation utilizing the Simulink tool for each unit module of the circuit and the time sequence relationship among signals are fully discussed. The behavioral simulation results of the circuit are given， which provides a reference for the design and implementation of the single?slope ADC integrated circuit.

Keywords： Single?slope ADC； behavioral modeling； infrared focal plane； Simulink； integrated circuit design； functional simulation

0 引 言

红外焦平面成像系统在军事、医疗扫描、空间探测、环境监控以及民用消费电子方面有着广泛的应用[1]。红外探测器是红外焦平面成像系统的关键模块之一，其一般由探测器阵列和读出集成电路（Readout Integrated Circuit，ROIC）两部分组成。为了便于系统后续数字化处理，集成了模/数转换（Analog?to?Digital Converter， ADC）模块的ROIC电路，实现了数字化读出取代模拟读出链，成为人们研究的热点之一[2]。随着半导体工艺的提升和集成电路设计技术的进步，ADC一直朝着高精度、低功耗和高速的方向发展[3?5]。在全并行结构（FLASH）、分级型结构（Subranging）、流水线结构（Pipeline）和逐次逼近型结构（Successive Approximation Register，SAR）等多种不同结构和实现方式的ADC中，Single?slope ADC 以其较高的分辨率和结构简单的优势，非常适用于红外焦平面读出电路。

本文在深入掌握传统Single?slope ADC工作原理的基础上，结合红外焦平面阵列的读出电路特点，提出一种改进的Single?slope ADC架构。借助Matlab环境下的Simulink工具，完成一个14位Single?slope ADC电路的行为级建模，并进行仿真分析，验证了改进架构的可行性。……