低温CMOS红外焦平面阵列新型读出结构

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本文主要探讨了一种新型的低温CMOS读取技术,旨在提高红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array, IR FPA)的性能。这种创新的结构被称为开关电流集成(Switch Current Integration, SCI)架构,它在《固态电路》(IEEE Journal of Solid-State Circuits)期刊的第32卷第8期中发表。论文重点介绍了以下关键内容: 1. **创新设计**: SCI结构利用了共享缓冲直接注入(Share-Buffered Direct Injection, SBDI)偏置技术和阵列外集成电容器(Off-Focal Plane Array, off-FPA)结构,实现了对IR FPA的高效读出接口电路。这种设计允许实现尺寸为50x50微米²的像素,显著提高了读取效率。 2. **性能提升**: 通过结合相关双采样(Correlated Double Sampling, CDS)阶段和动态放电输出(Dynamic Discharging Output, DDO)环节,该读出结构在保持低功耗的同时,显著改善了噪声控制和速度性能。这使得在低温环境下(如77K),芯片能有效执行读出任务并展现优化后的特性。 3. **技术实现**: 一篇实验性的SCI读取芯片在0.8微米双poly双金属(Double-Poly Double-Metal, DPDM)n-well CMOS工艺中被设计和制造。实验结果显示,使用4V和8V电源电压时,芯片在77K时的读取功能得到了验证,并且证明了其性能改进。 4. **实际应用**: 本文提供的技术不仅展示了理论上的优势,而且具有实际的应用价值。通过这种低温CMOS读出方法,红外成像系统可以更好地适应严苛的工作环境,例如太空探测、遥感和低温科学实验。 这项研究对于推动红外焦平面阵列在低温环境下的高性能应用具有重要意义,特别是在需要高灵敏度和快速响应的应用领域。通过采用SCI架构,CMOS技术在极端条件下也能展现出其出色的潜力。