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【6h】

一种应用于非制冷红外焦平面阵列读出电路的基准电流源的设计

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 带隙基准源的发展现状

1.3 课题的主要工作以及研究内容

2 基准电流模块的基本理论

2.1 基准电流电路结构的选择

2.2 带隙基准源的工作原理

2.2.1 传统带隙基准源的基本原理及结构

2.2.2 带隙基准源的电路实现

2.3 带隙基准的性能指标

2.4 影响带隙基准源的性能因素

2.5 本章小结

3 带隙基准源的电路设计

3.1 基准源设计流程

3.2 基准电流源整体电路结构

3.3 高性能基准电流源核心电路结构的设计

3.3.1 V-I转换电路的实现原理

3.3.2 基准电流源的电路实现

3.3.3 电路参数的确定

3.4 运算放大器的设计

3.4.1 运算放大器的主要性能指标参数

3.4.2 运算放大器结构的选择

3.4.3 运算放大器的设计分析

3.5 偏置电路的设计

3.6 电路整体仿真及结果分析

3.6.1 基准电压源的仿真

3.6.2 基准电流源的仿真

3.6.3 运算放大器的仿真

3.7 本章小结

4 版图的设计验证与布局后仿真

4.1 版图设计的基本流程与设计工具

4.2 版图设计的技巧与注意事项

4.2.1 匹配性设计

4.2.2 寄生优化设计

4.2.3 可靠性设计

4.2.4 热效应

4.2.5 参考源的分布

4.2.6 电路模块的布局

4.3 读出电路模拟电路的版图设计

4.4 读出电路芯片的版图布局

4.5 基准源电路的布局后仿真

4.6 本章小结

5 读出电路模拟电路的测试与分析

5.1 测试平台介绍

5.2 测试结果

5.3 测试结果分析

5.4 本章小结

6 结论

参考文献

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摘要

近几十年来,以非制冷红外焦平面阵列(Uncooled Infrared Focal Plane Array简写UIRFPA)为核心器件的红外成像技术逐渐快速发展起来,具有无需制冷、体积和重量小、成本低的优点,在军事、民用等领域有着广泛的应用前景。非制冷红外焦平面阵列主要由红外焦平面阵列探测器和读出电路(Read Out IntegratedCircuit简写ROIC)构成,其中读出电路是连接红外焦平面阵列探测器和信号处理系统的重要部分,也是非制冷红外焦平面阵列的关键技术之一,其性能好坏直接制约着非制冷红外焦平面阵列的性能指标。焦平面探测器阵列主要作用是探测红外辐射信号并转换为能处理的微弱小的电信号,读出电路则处理转换的电信号并将其输出,以供片外系统进一步信号处理及成像。非制冷红外焦平面阵列探测器产生的微弱信号大约为0.5mV~5mV,这个数值相当于探测器像元的6个pn结二极管对红外辐射源的响应而产生的电压变化,如何将这个微弱的电压变化信号有效准确地读出来也就成为读出电路设计的关键之一,而恒定电流的产生对非制冷红外焦平面阵列能否取得精确的有效信号起着至关重要的作用。本文就是要用带隙基准源来实现恒定电流20uA的。
  本文介绍了研究背景和意义,介绍了基准源的发展历史,分析比较了各种基准源的优缺点,最终设计了一种符合要求的基准电流源。本论文详细介绍了恒定跨导源、折叠式共源共栅放大器、基准电压源、V-I转换电路等这些模块的设计过程,并给出了相应的仿真结果,并对仿真结果进行了仔细分析。本设计采用华润上华CSMC0.5u DPTM单阱工艺,利用Cadence EDA设计工具完成设计的原理图输入、仿真验证、版图布局、版图验证及后仿真等设计步骤,并在流片封装之后,自行绘制PCB测试电路板、搭建测试平台,进行芯片测试,来验证电路设计思想。

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