【摘 要】
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红外探测器越来越广泛地应用在智能工业监控、安防监控、交通监控、智能医疗诊断以及公共安全领域。SOI（Silicon On Insulator）二极管型非制冷红外探测器采用MEMS（Micro Electro-Mechanical System）技术在SOI硅片的顶层硅上制作二极管器件,并使用绝缘层（SiO2）作为悬臂梁支撑结构。其均匀性较好,适宜于制作大规模面阵探测器,并且能够与CMOS工艺兼容,
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红外探测器越来越广泛地应用在智能工业监控、安防监控、交通监控、智能医疗诊断以及公共安全领域。SOI（Silicon On Insulator）二极管型非制冷红外探测器采用MEMS（Micro Electro-Mechanical System）技术在SOI硅片的顶层硅上制作二极管器件,并使用绝缘层（SiO2）作为悬臂梁支撑结构。其均匀性较好,适宜于制作大规模面阵探测器,并且能够与CMOS工艺兼容,成为了当前的研究热点之一。本文介绍了SOI二极管型非制冷红外探测器的结构和工作原理,分析了探测器性能特点和其非理想效应的影响。根据SOI二极管型探测器的工作特点,提出了面阵探测器读出电路架构。本文重点开展了读出电路低噪声、低功耗技术和红外焦平面阵列非均匀校正技术研究,完成了读出电路模块、读出电路通道和384×288面阵探测器读出电路设计,并进行了多次流片测试。本文主要创新工作如下:1、提出了一种探测器阵列像素级非均匀校正方法。使用电流分配型数模转换器DAC作为二极管偏置电流源,通过对单个像素的偏置电流进行调节,在不增加额外功耗的基础上,实现对单个像素正向导通电压非均匀校正的功能。2、提出了一种虚拟走线补偿方法。将探测器信号和虚拟走线上的信号差分输入给读出电路,通过虚拟走线产生电压掉落IR-DROP对探测器面阵的电压掉落进行补偿。解决了大规模面阵读出电路中的电压掉落问题。3、提出了一种低功耗设计方法。根据面阵探测器工作特点,设计了带有掉电模式的行通道缓冲器,在行通道等待输出时关闭该行缓冲器,显著降低读出电路功耗。4、提出了一种数字输出型读出电路架构。设计了基于sigma-delta调制器原理的读出电路通道和高精度基准电压源。省去模拟电压放大电路,直接量化得到数字码字,节约功耗面积,适应数字化智能化需求。采用SMIC0.35μm 2P3M工艺进行了流片测试,读出电路电压掉落补偿和非均匀校正功能可以消除96%非均匀偏差。面阵读出电路功耗170mW（包括探测器阵列功耗）,增益可调,输出动态范围3V。设计的直接数字量化读出结构,输出噪声约为9μV。
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