20MHz 15μm间距InGaAs FPA CTIA ROIC:低功耗高灵敏度解决方案

本文介绍了一种针对InGaAs焦平面阵列（Focal Plane Array, FPA）设计的高性能128x128矩阵读出集成电路（Read-Out Integrated Circuit, ROIC）。该ROIC采用20MHz的高速读出速率，具有15微米（μm）的间距，旨在实现对InGaAs材料的高分辨率红外成像。电路的核心设计包括了电容反馈Trans-Impedance Amplifier (CTIA) 和相关双采样技术（Correlated Double Sampling, CDS），这有助于提升信号的信噪比并降低功耗。 每个像素中的CTIA和CDS电路设计使得ROIC在仅消耗约90毫微瓦（nW）功率下，具有大约78,000电子（e-）的满阱容量（Full-Well Capacity, FWC），这对于高灵敏度的红外探测器至关重要。研究还深入分析了ROIC像素的噪声特性，并探讨了电容分布策略，以优化低噪声性能。 为了实现快速的20MHz读出速率，文中提出了一种创新的列缓冲电路预充电技术，它在保持低功耗的同时确保了数据传输的高效性。这种ROIC是利用0.18微米的3.3伏混合信号CMOS工艺制造的，保证了集成度和可靠性。 实验结果显示，该ROIC在实际应用中表现出优秀的性能，包括低噪声、高速度以及高效能，对于InGaAs FPA的高精度红外成像应用具有重要的推动作用。这项研究不仅提升了红外传感器的技术水平，也为未来更复杂的红外成像系统提供了关键组件，对于光学工程、遥感和空间科学等领域具有重要意义。