梁清华
- 作品数：11 被引量：25H指数：3
- 供职机构：中国科学院上海技术物理研究所更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金中国科学院上海技术物理研究所创新基金更多>>
- 相关领域：电子电信理学更多>>
- 基于分时共享方案的640×512红外读出电路设计被引量：4
- 2017年
- 大规模、高集成度的红外焦平面器件是实现高空间分辨率红外成像的核心。针对高集成度的红外焦平面技术发展,文中设计了一款15μm中心距640×512的红外焦平面读出电路。为提升器件信噪比和积分时间,提出了一种2×2四个像元分时复用积分电容共享技术方案,单元采用直接注入(DI)结构作为输入级,使得读出电路最大电荷容量可达20 Me-/像元。电路有两档电荷容量可选,可满足不同光电流信号的读出要求。为了减小噪声的注入及提高缓冲器偏置电流的精度,为信号传输链路设计了相应的偏置电路。电路仿真结果表明,电路帧频108 Hz,功耗低于110 m W,线性度可高达99.99%。电路采用了CSMC 0.18μm 1P4M 3.3 V工艺加工流片,常温测试结果显示电路工作电流正常,偏置开关可控,功能正常。
- 梁清华蒋大钊陈洪雷陈洪雷
- 关键词：红外焦平面读出电路电荷容量偏置电路
- 红外焦平面探测器响应率不稳定像元快速筛选方法被引量：3
- 2017年
- 随着红外探测技术的发展,制冷型红外焦平面探测器在航空航天和民用领域的应用越来越广泛。探测器像元响应率的不稳定性对红外焦平面探测器定量化应用产生非常大的影响。目前检测响应率不稳定像元的方法主要通过定量化的黑体标定的方法来实现,该类方法需要改变黑体温度从而得到像元的响应率,操作步骤和计算过程比较复杂,不易于高频次的工程测试实现。本文提出了一种通过计算像元随积分时间的相对响应率变化来快速筛选不稳定像元的方法,该方法每次测试时仅需要对着一个固定温度的黑体,改变积分时间获取一组探测器成像数据,通过计算每个像元的相对响应率,然后对比像元在不同测试时得到的相对响应率变化,通过与设定阈值的比较就可以实现响应不稳定性像元的筛选,自定义阈值还可以实现对响应不稳定像元进行分级。实验证明,该方法能够有效筛选出响应率不稳定的像元,操作简便,便于工程实现。
- 崔坤陈凡胜苏晓锋梁清华唐玉俊
- 关键词：红外焦平面探测器
- 线性模式主被动碲镉汞APD探测器测试研究被引量：4
- 2021年
- 碲镉汞雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)探测器在主被动模式下能同时获取目标物体的强度信息和时间信息,实现实时的三维探测。高精度时间标定的测试方法是验证三维测距的基础。文中分析了盖革模式和线性模式的优缺点,针对一种线性模式主被动HgCdTe APD探测器的读出电路结构进行了分析,并对TOF计算方法进行了研究,在此基础上搭建了一套高精度时间标定的测试平台,对系统和环境噪声进行了测试,得到噪声带来的时间抖动为179 ps。对测试仪器带来的固定时延进行了校准,对影响TOF精度的电压、电容、斜坡发生器的精度以及高精度电压源的精度等参数进行了理论分析,在77 K下完成了线性模式HgCdTe APD探测器的主、被动信息的测试。测试结果得到低温下电路线性度高达99.9%,饱和电荷容量为7 Me-,时间精度抖动的均方根为2.107 ns,证明该测试平台和方法能有效地评估探测器的性能,为红外精准探测提供了参考。
- 章琪文梁清华郭慧君陈洪雷丁瑞军
- 高光谱应用的带可调复位时间CDS的低噪声红外焦平面读出电路
- 2024年
- 低辐射量的高光谱应用对红外焦平面读出电路(ROIC)提出了低噪声的设计要求。相关双采样(CDS)是常用的减少噪声的结构。本文通过调节钳位和采样保持之间的时间间隔来改进CDS,可灵活消除低频噪声。采用180 nm CMOS工艺设计和制造了640×512规模、15μm像元中心距的读出电路。输入级集成了低噪声CTIA与本文提出的可调复位时间CDS(AICDS),所设计的时序产生器使CDS复位时间可以延长0~270个时钟周期。通过延长复位时间减少这个时间间隔,噪声电子数可以由39 e^(-)减少到18.3 e^(-)。SPECTRE仿真结果和实验测试结果证实了提出的AICDS结构可以提升高光谱应用读出电路的噪声性能,因此可以广泛应用。
- 吴双梁清华陈洪雷丁瑞军
- 关键词：读出电路CTIACDS低噪声
- 红外焦平面读出电路集成数字输出被引量：8
- 2015年
- 为了实现红外焦平面数字化输出,设计了一种集成片上模数转换的焦平面读出电路,包括一个512×512的读出电路单元阵列和列共享的逐次逼近寄存器型模数转换器(SAR ADC)。单元读出电路采用了直接注入(DI)结构作为输入级,输出的信号通过多路传输送到模数转换器。设计的逐次逼近型的模数转换器中的比较器采用的是由前置放大器、锁存器、自偏置差分放大器和输出驱动器组成的高速比较器,数模转换器(DAC)采用的是三段式的电荷按比例缩放和电压按比例缩放相结合的结构。在Cadence和Synopsys设计平台下对模拟和数字部分电路分别进行设计、仿真与版图设计。电路工艺采用GLOBALFOUNDRIES公司0.35μm CMOS 3.3 V工艺加工流片。测试结果显示SAR ADC有效位数为8.2位,转换频率超过150 k Samples/s,功耗低于300μW,满足焦平面100帧频以及低功耗的需求。
- 高磊翟永成梁清华蒋大钊丁瑞军
- 关键词：红外焦平面读出电路SARDAC
- 天文应用红外焦平面读出电路研究被引量：1
- 2024年
- 成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提下尽可能地降低电路功耗以减小电路辉光对器件暗电流的影响。同时,研究非破坏性读出的数字功能,实现了超长的积分时间和信号的多帧累积,并作为一种斜坡采样的策略有效地降低读出噪声。短波HgCdTe焦平面的测试结果符合理论设计预期,开启电路非破坏性读出功能,设置6 000 s的积分时间,当电路功耗调低至14.04 mW时暗电流为0.9 e-·pixel^(-1)·s^(-1)。读出噪声在两档增益下分别为50 e-(10 fF)和27 e-(5 fF),非线性度低于0.1%。
- 梁清华魏彦峰陈洪雷郭晶丁瑞军
- 关键词：红外焦平面读出电路低功耗
- 用于IRFPA ROIC的高性能缓冲器模块的设计被引量：2
- 2017年
- 红外焦平面读出电路(IRFPA ROIC)主要用于焦平面阵列与后续信号处理之间的通信。文章提出了一种用于红外焦平面读出电路的缓冲器模块,包括列缓冲器、高性能的输出缓冲器以及相应的偏置电路。缓冲器均采用单位增益放大器结构,通过放大器的优化设计可实现对不同负载的有效驱动且静态功耗较低。该缓冲器模块用于一款640×512面阵、30μm中心距的中波红外焦平面读出电路,采用CSMC 0.5μm DPTM工艺进行流片加工。仿真结果表明,列缓冲器的开环增益为40.00dB,单位增益带宽为48.17MHz(10pF)。输出缓冲器可实现轨到轨的输入,开环增益为39.68dB,单位增益带宽为46.08 MHz,读出速率高达20 MHz,功耗为16.02 mW(25pF∥5.1kΩ)。该模块输入端拉出的测试管脚可在焦平面读出电路的晶圆测试中帮助验证芯片功能。通过调节测试端口,测试结果与仿真结果大体一致,验证了该缓冲器模块的设计可行。
- 梁清华陈洪雷丁瑞军
- 关键词：红外焦平面读出电路运算放大器
- 具有自定义开窗功能的读出电路数字模块研究
- 2024年
- 自定义开窗通过重构图像分辨率从而提高读出帧频,是大规模红外焦平面应用中实现感兴趣区域观察及特殊区域检测的重要技术。基于半定制设计流程,本文提出了一种具有自定义开窗功能的读出电路数字模块,该模块在五个外部输入信号的控制下,实现积分时间调控、工作模式切换、任意开窗、防溢出的功能,具有易于扩展、控制简单、操作灵活的优点。针对传统译码电路产生的竞争冒险现象,提出行级脉宽可调选通信号设计及列级多端口读出的解决方案,进一步提高了电路的可靠性。仿真结果表明,整个设计能够正常实现自定义开窗功能,适用于大规模红外焦平面阵列。
- 姜羽梁清华丁瑞军
- 关键词：读出电路
- 320×256中/长波双色IRFPAs读出电路设计被引量：3
- 2015年
- 中波与长波探测器的光电流及动态输出阻抗存在数量级的差别。为满足积分时间及读出信号信噪比的要求,采用像元间多电容共享的方案,设计了一种高集成度的320×256双色红外焦平面读出电路。该电路选用直接注入(DI)结构作为中波输入级,而长波输入级则选用了缓冲注入(BDI)结构。其缓冲放大器采用单边结构,具有高增益、低功耗、低噪声的特点,降低了输入阻抗,提高了注入效率。基于HHNEC 0.35μm 2P4M标准CMOS工艺,完成了芯片的设计与制造。经测试,引入电容共享方案后其有效电荷容量达到70 Me-/像元,电路各项功能正常,在光照条件下,芯片呈现出高的灵敏性。在2.5 MHz读出速率下,中波及长波输出电压范围均大于2 V,非线性小于1%。在100 f/s帧频下,整体功耗小于170 m W。
- 周杰丁瑞军翟永成梁清华蒋大钊
- 关键词：读出电路电荷容量
- 线性碲镉汞APD的高速焦平面读出电路研究
- 2024年
- 设计了一款针对线性模式碲镉汞APD的高速成像读出电路。像元内基于三级推挽放大器级联的电阻反馈跨导放大器(RTIA),实现了光电流的实时线性转换,并利用工作于亚阈值区的MOS管作为反馈电阻实现跨阻增益可调;利用电容补偿法对RTIA的相位裕度进行优化,解决了低增益下的输出振荡现象。结果显示,像元内RTIA跨阻增益可调范围达100~140 dB,增益带宽积可达10^(14)数量级,像元电路输出延时低于1.8 ns。设计了像素外的飞行时间测量电路,采用两段式时间数字转换器分别进行飞行时间的大范围粗量化和高精度细量化,测量范围可达1530 m,测量精度为106.5 cm,线性度高于99.99%。
- 孙铎梁清华丁瑞军
- 关键词：TDC
