低功耗QSBDI红外读出电路:四像素共用设计
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更新于2024-08-12
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"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。
2022-12-15 上传
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