20MPixel/s高速红外焦平面读出电路设计  

Design of 20 MPixel/s High-Speed Readout Integrated Circuit for Infrared Focal Plane Array

作　　者：黄张成[1,2] 黄松垒[1,2] 陈郁[1,2] 方家熊[1,2] 

机构地区：[1]中国科学院上海技术物理研究所传感技术联合国家重点实验室,上海200083 [2]中国科学院红外成像材料与器件重点实验室,上海200083

出　　处：《光学与光电技术》2014年第2期69-73,共5页Optics & Optoelectronic Technology

基　　金：国家重点基础研究发展计划(973计划2012CB619200);国家自然基金(61306064)资助项目

摘　　要：针对中大规模红外焦平面对高速读出的需求,研究并设计了一款20MPixel/s红外焦平面高速读出电路。读出电路单元电路由电容负反馈运放输入级、相关双采样、源随输出级电路组成,总线输出级采用基于低功耗推挽运放的跟随器结构。研究了输出级运放像元信号建立时间和负载电容的关系,给出了20 MPixel/s高速读出的负载电容适用范围。采用0.5μm Mixed Signal CMOS工艺研制了一款红外焦平面高速读出电路芯片,和InGaAs光敏芯片耦合后实测读出速率达到20MPixel/s,像元信号之间最大上升时间为17ns。A 20 MPixel/s high-speed readout integrated circuit（ROIC） is designed in order to satisfy the high-frame-rate readout requirement of large-format infrared focal plane array（FPA）. The ROIC pixel consists of capacitive-feedback trans- impedance amplifier（CTIA） input stage, correlated double sampling circuit（CDS） and source follower. Low power push-pull amplifier is implemented for high speed buffer and the application scope of load capacitor is provided after a detail analysis of relationship between settling time and load capacitor. A high speed ROIC has been fabricated with 0. 5-/~m mixed signal CMOS process and interfaced with InGaAs detector arrays. Test results show that the readout rate achieves 20 MPixel/s and maximum rise time is about 17 ns.

关 键 词：红外焦平面 高速读出 推挽运放 负载电容 建立时间 

分 类 号：TN215[电子电信—物理电子学]