文档介绍：制冷型红外焦平面前端读出电路设计

Design of Front-End Readout Circuit for
Cryogenic Infrared Focal Plane Array

学科专业：微电子学与固体电子学
研究生：廖峻
指导教师：赵毅强教授

天津大学电子信息工程学院
二零一一年十二月
独创性声明

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摘要
红外焦平面阵列（IRFPA）是获取红外信息的重要部件，被广泛应用于军事
民用等领域。读出电路（ROIC）是红外焦平面的核心器件，其性能将会影响整
个红外焦平面系统的性能。
基于 Chartered 2P4M CMOS 工艺，本文完成了规模为 512×512，单元
面积大小为 30μm×30μm 的红外焦平面阵列探测器前端读出电路的设计。该电路
主要包括前端读出单元(CTIA)和信号处理电路(列电荷放大器，列缓冲器，输出
缓冲器)部分。文中详细介绍了电路各模块的控制时序设计，阐述了各部分电路
的工作原理，并给出了相应的仿真结果。根据系统要求，设计了面积小，功耗低
的 CTIA 读出单元结构；基于对芯片内寄生参数的分析，设计了电荷转移的列读
出方式；设计了一款传输速度为 12MHz/25pF 的 AB 类驱动放大器作为该电路的
输出缓冲器；同时，根据电路工作时序的特点，对电路进行了低功耗设计；在此
基础上，完成了整体电路版图设计和后仿真，并对芯片进行了初步测试。
测试结果表明：本前端读出电路对红外信号具有良好的响应，并能够正常完
成设计的积分时间外部可调、电荷存储能力可调等功能，电路的低功耗设计得到
验证。输出级缓冲器可实现5MHz以上信号的传输，但在低温条件下其输出波形
出现一定的波动，论文对其原因进行了分析。

关键词：制冷型红外焦平面读出电路输出缓冲器
ABSTRACT
Infrared focal plane array detectors (IRFPA) are important conponts to abtain
infrared information, thus they are widely used in military and many other fields.
Readout integrated circuit（ROIC）is the core part of IRFPA, the performace of ROIC
will greatly decide the performace of the IRFPA.
Based on Chart