裘天慧 夏晓娟 刘琦 关钰

摘 要：为适应第三代红外探测器的需求， 提出一种大阵列低功耗的1 280×1 024红外读出电路设计方案。 在分析各模块实现的基础上， 重点设计了超大阵列像素单元的低功耗读出实现和阵列工作时序， 提高了输出缓冲器对外部系统的驱动能力， 并实现了边积分边读出以及多路输出功能。 在温度80 K、 时钟频率5 MHz的工作条件下， 对像素阵列窗口进行了四路、 八路读出仿真以及线性度仿真， 输出帧频可以达到60 Hz， 输出摆幅为1.6～4.8 V， 最大功耗小于450 mW， 线性度为97.76%。

关键词： 红外焦平面; 读出电路; DI结构; 互补并联结构; 红外探测器

中图分类号： TJ765.3+33; TN215文献标识码：    A 文章编号： 1673-5048（2021）05-0114-05

0 引  言

红外成像技术是将物体的红外辐射转化为图像的一种高新技术。 自19世纪红外辐射概念提出， 不同形式的红外成像技术经过不断的发展和改进， 已经在军事军备、 工业生产、 医疗卫生等众多领域得到了广泛的应用[1]。

红外焦平面阵列（Infrared Focal Plane Arrays，  IRFPA）是一种先进的红外探测系统， 被广泛应用于红外成像领域， 具有检测并处理红外辐射的功能， 其中读出电路（Readout Integrated Circuit，  ROIC）是组成红外焦平面阵列至关重要的部分[2-4]。 读出电路负责为探测器阵列提供稳定可靠的电压偏置， 将输入电流积分转化为电压信号， 并经过放大和缓冲转化为合适的输出电压供后续模块使用。 除此之外， 读出电路还会搭载数字控制模块， 实现多种开窗以及时序控制功能， 因此， 读出电路的性能决定了红外焦平面阵列的成像质量。

随着微电子技术和集成电路加工工艺的进步， 为进一步提高红外焦平面探测器的探测距离和识别能力， 研究者对第三代探测器提出了大于1K×1K的阵列规模要求[5]。……