红外焦平面双斜率单积分型ADC读出芯片设计

• 作 者: 王建设
• 机 构: 中国科学技术大学
• 出 处: 中国科学技术大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 超大规模集成电路 红外焦平面 读出电路 模数转换器 实验芯片

本文的目标是研制基于双斜率单积分型ADC(Dual ramp and single slopanalog to digital converter-DRSSADC)的红外焦平面读出电路实验芯片。
随着CMOS超大规模集成技术与红外焦平面技术(Infrared Focal PlaneArray)在探测器材料、读出电路、智能芯片等领域的不断结合，已使红外焦平面读出电路的研制成了时代的迫切需要。而在数字集成电路技术的迅猛发展带来了前所未有的高复杂信号的处理能力，人们希望把红外焦平面模拟信号转换为数字信号来处理。一般来说，根据数字化的信号要求不同，采用的ADC的结构是不同的。在比较了各种ADC的结构和优缺点之后，综合考虑到转换速率、精度和功耗等方面的因素以及本红外焦平面读出电路的特点，本文采用了低功耗、简单电路的DRSSADC。
在文章结构上，本文首先从红外焦平面阵列入手，详细介绍和分析了红外焦平面读出电路原理、工艺进展和读出电路分类，着重分析了本设计所采用的红外焦平面读出电路总体实现方案和特点以及其时序设计要求与仿真分析：而后论述了本红外焦平面电路所采用的模数转换器(DRSSADC)的原理和性能特点，重点论述了DRSSADC的单元电路设计、仿真分析及DRSSADC和读出电路实验芯片的版图设计。
主要完成了以下工作：
1、对红外焦平面读出电路的前置放大器电路和集成ADC结构进行了详细的对比分析；设计了本论文的红外焦平面读出电路结构，完成了256×256红外焦平面电路的时序设计和仿真；
2、采用CSM 0．35um CMOS工艺完成了20×16红外焦平面读出电路实验芯片的版图设计，版图面积为2．5×2．5mm<2>；为下一步设计256×256红外焦平面读出电路的版图，提供了实践基础；
3、完成了DRSSADC各单元具体电路的设计，并采用0．35um CMOS工艺器件模型进行仿真分析，在3．3V电源电压下，单个DRSSADC功力耗低于350uW。