低功耗QSBDI红外读出电路：四像素共用设计

"新型低功耗QSBDI红外读出电路设计 (2007年)，北京大学学报(自然科学版)，第43卷，第5期，2007年9月" 这篇论文主要介绍了一种创新的低功耗红外读出电路设计，称为四像素共用缓冲直接注入（Quad-Shared Buffered Direct-Injection, QSBDI）结构。这种设计显著降低了红外成像系统的功耗，并且优化了像素级别的性能。 在QSBDI结构中，四个相邻的像素共享一个反馈放大器，这不仅节省了硬件资源，还减少了功耗。通过开关的精确控制，像素能够执行积分然后读出（Integration Then Readout, ITR）和积分同时读出（Integration While Reading Out, IWR）两种功能。这种灵活性允许系统根据需求选择最合适的读出模式，从而优化能量效率。 在30微米乘30微米的微小像素区域内，QSBDI结构实现了约0.9皮法（pF）的电容和4.2皮库（pC）的电荷存储能力。这一成果表明，尽管尺寸紧凑，但该电路仍能保持良好的电荷处理能力。平均功耗仅为500纳瓦（nW），这是一个显著的节能成就，尤其对于需要长时间运行的红外成像应用而言。 此外，QSBDI结构对像素级的固定模式噪声（Fixed Pattern Noise, FPN）有独特的优势。由于噪声主要源自局部的不匹配，而非整个像素阵列的不匹配，因此可以减少全局噪声的影响，提高图像质量。这种特性使得QSBDI结构特别适合用于大规模二维读出集成电路（Readout Integrated Circuit, ROIC）的设计。 后续的设计和仿真验证了QSBDI像素结构的实用性。基于此结构的128x128像素测试芯片已经完成设计，并计划在0.5微米工艺下进行流片测试，以进一步评估其性能和可靠性。 这篇论文提出的QSBDI技术为红外成像系统提供了新的低功耗解决方案，有助于提升红外传感器的性能和能效，尤其是在需要长时间、低能耗运行的场合。同时，它也为未来红外读出电路的优化设计提供了理论基础和实践指导。