640×512-5μm InGaAs短波红外焦平面读出电路设计

作     者：陆逸凡 汪鸿祎 陶文刚 曹嘉晟 田宇 景松 黄松垒 李雪 LU Yifan;WANG Hongyi;TAO Wengang;CAO Jiasheng;TIAN Yu;JING Song;HUANG Songlei;LI Xue

作者机构：中国科学院上海技术物理研究所传感技术联合国家重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049 上海科技大学上海200083 

出 版 物：《半导体光电》 (Semiconductor Optoelectronics)

年 卷 期：2023年第44卷第3期

页      面：350-355页

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(62175250) 中国科学院青年创新促进会项目(2020245) 

主　　题：小像元 红外焦平面阵列 读出电路 CTIA结构 暗电流 

摘      要：为了适应第三代红外焦平面高密度、微型化发展方向,设计了一款大面阵小像元低功耗640×512-5μm InGaAs短波红外焦平面读出电路。重点研究了3T像素单元简易结构的性能,分析其对芯片暗电流、焦平面噪声的影响,实现了卷帘曝光工作方式、列级缓冲器动态工作以及四通道输出功能。利用可编程增益放大器,实现增益可调以及噪声抑制功能。基于0.18μm 3.3 V标准CMOS工艺,在输入时钟频率为5 MHz条件下,对小像素单元进行性能分析,阵列窗口进行四通道输出以及线性度仿真。结果表明,电容反馈跨阻放大器(CTIA)输入级偏压变化约30 mV,工作帧频为54 Hz,输出摆幅为1.7 V,最大功耗小于150 mW,线性度为99.987%。