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随着红外焦平面读出电子部件基本模块的发展逐渐成熟，人们的注意力正在日益转向增强红外焦平面的能力和减少整个系统的复杂性方面。将原来后级信号处理电路中的模数转换集成到焦平面上成为首当其冲的任务。在各种集成形式中，像素级模数转换方式有较高的信噪比、较低的功耗，对模数转换器的速度要求也不高，是未来红外焦平面片上模数转换发展的主要方向。
本文提出并讨论了一种基于单斜率积分原理的像素级模数转换电路，用于红外焦平面阵列的信号读出与模数转换。
首先阐述了模数转换的基本原理和相关理论分析。接着对片上模数转换的各种实现方案进行了分析，根据本所焦平面的特点，选择电压，频率转换和单斜率积分这两种实现方案。对电压-频率转换方式进行了初步仿真并验证了它的不可行性，最终提出了用单斜率积分实现像素级模数转换的方法，并设计了一个8位精度、电流输入、串行数字输出的8×8阵列读出与模数转换电路。具体分析了该电路的实现原理，讨论了电路的一些基本性能、设计技巧和创新点。采用全定制IC设计流程、EDA软件Cadence实现了所设计的电路：利用软件工具之一Composer对电路进行仿真，确定电路原理图和晶体管参数，按照无锡上华0.6umDPDM CMOS工艺，利用工具Virtuoso进行电路的版图设计和版图验证，将验证通过的版图数据在无锡上华芯片加工厂流片实现，最终获得一个封装好的完整芯片。
仿真和测试表明电路实现了像素级的模数转换功能，各项参数基本达到设计要求。以上研究，证实了该电路对中小规模红外焦平面阵列是完全适用的，为下一步性能优化及大规模阵列电路的设计打下了坚实的基础。