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随着非制冷红外成像技术的高速发展,其在军事和民用领域的应用越来越广泛。非制冷红外焦平面阵列由非制冷红外探测器像元阵列和读出电路两部分构成,读出电路数字输出相对模拟输出,更利于后续的处理,可靠性高,且数字输出不易受噪声的干扰。满足更大阵列、更小像元的焦平面发展需求且具有高性能数字处理能力的读出电路是当前非制冷红外焦平面阵列的重要发展方向之一。本论文围绕上述发展方向,对数字化输出且具有大阵列、小像元读出功能的非制冷红外焦平面阵列读出电路进行了研究和设计。设计出了1280×1024非制冷红外焦平面阵列数字化读出电路,采用片上集成的14 bits单斜ADC进行模数转换。本论文的主要内容和成果如下:1.本论文根据1280×1024非制冷红外焦平面阵列数字化读出电路的主要设计要求,包括:工作帧频为60Hz、14 bits ADC数字输出,采用子阵列技术、奇偶列同时输出以及半周期计数法,降低系统时钟以及ADC转换时钟,计算出主时钟频率为333MHz、行时间为29μs,列选时间为42ns。设计读出电路的整体架构为2个1280×512的子阵列,每个子阵列进行并行处理和输出。2.为了解决输入时钟和输出数据的高速传输问题,提出一种使用LVDS高速接口电路应用于读出电路的新方法。设计了LVDS高速接口电路,LVDS电路包括驱动模块和接收模块两部分,将LVDS接收模块应用于数字输入控制模块,用于将外部输入的差分时钟信号转换为读出电路内部的单端信号,将LVDS驱动电路用于ADC输出模块,将模数转换结果差分输出到片外,所设计的LVDS电路的驱动和接收模块均达到了333MHz的传输速率。3.为了配合数字化读出电路对数字控制电路的要求,设计了数字化控制电路,其中为了避免像元由于长时间被选中而发生被烧毁的现象设计了一种新的行保护电路对像元进行保护,并对其他数字控制电路进行了设计仿真,包括静态寄存器写入模块、主计数器和行时间发生器等,完成了外部输入控制数据的传输和写入功能、行时间的设定,仿真结果表明各模块满足了设计要求。4.为实现数字化输出,设计了数字化读出通道,重点设计了列集成14 bits单斜ADC电路,包括斜坡发生器模块、比较器电路、ADC转换数据传输方案—电压电流电压转换,保证了数字化输出功能,仿真结果表明模数转换ADC的输出时钟为333MHz,DNL为+0.6LSB/-0.6LSB,INL为+0.8LSB/-0.8LSB,SNR为79.7858dB,ENOB为12.9415bits,满足了设计要求。电路的总体仿真结果表明所设计的数字化读出电路具备了信号读取和数字输出的功能,且误差均在预期范围内,满足了设计要求。本论文的研究为大面阵小像元焦平面阵列的数字化读出电路的设计奠定了良好的基础。