短波红外探测器CTIA读出电路优化设计与低功耗实现

"该文是关于短波红外焦平面阵列探测器的读出电路设计，特别是CTIA(运放积分型)输入级的优化设计。设计目标是提高注入效率，降低噪声，并简化结构，以解决弱信号耦合读出的挑战。文中提到的CTIA输入级采用了电流源负载的共源共栅结构，既能保留CTIA结构的优点，又能避免其复杂性和高功耗问题。通过低温模型的仿真验证，以及基于CSMC-S6S05DPTM 0.5 μm工艺的芯片流片，实现了低功耗（小于1.0 μW）和大动态范围（输出信号电压范围达到2.5V）的性能。" 短波红外焦平面阵列探测器是一种用于红外成像的关键技术，尤其适用于凝视成像系统，能够捕捉到微弱的红外信号。然而，这些探测器的弱信号读出是一项技术难题，因为需要高灵敏度的电路来处理小幅度的信号。CTIA（Current Transconductance Amplifier，运放积分型放大器）是一种常用的读出电路，它能够有效地转换电流信号为电压信号。 本文介绍的CTIA输入级优化设计，主要是为了提高信号处理的效率和降低噪声。采用电流源负载的共源共栅结构，这种设计使得输入级具有更高的注入效率，这意味着可以更有效地将探测器产生的微弱电流转化为可测量的电压。同时，这种结构也降低了噪声，这对于保持图像质量至关重要。此外，简化结构可以减少制造复杂性，进一步降低功耗。 在设计过程中，研究人员利用低温模型进行了仿真，这有助于模拟实际工作环境中的性能，尤其是在制冷条件下，因为许多红外探测器都需要在低温下工作以减少噪声。前仿真和后仿真相结合，确保了电路设计的准确性和可靠性。最后，通过CSMC的0.5微米工艺进行芯片制造，测试结果证实了设计的有效性，输出信号电压范围达到2.5V，表明了良好的动态范围，而单元功耗小于1.0 μW，证明了低功耗的设计目标已经实现。 关键词如“短波红外焦平面”、“运放积分(CTIA)读出电路”和“弱信号耦合读出”突出了研究的核心内容，涉及到红外探测技术、电路设计理论和实际应用。这篇论文对于理解和改进红外成像系统的读出电路设计具有重要的参考价值，尤其是对于那些致力于提升红外探测器性能的研究者和技术开发者。