光谱分析技术能够快速、无损的获取物质成分信息,在农业、医学等各个领域应用广泛。近年来,随着物联网和云计算技术的兴起,将光谱分析技术与物联网结合研制物联网光谱感知节点,能够实现远程光谱信息感知与物质成分在线监测功能。短波红外光谱波段包含非常丰富的光谱信息,在众多领域具有广泛的应用价值。传统的短波红外光谱设备由于体积庞大,价格昂贵,直接应用到光谱感知节点中会存在移动性差,成本高的问题。铟镓砷(InGaAs)光谱组件是一种感知短波红外光谱信息的传感器。它由InGaAs焦平面探测器和微型分光元件以及封装管壳组成,具有体积小、重量轻、价格相对低廉的特点。与传统红外光谱设备相比,InGaAs光谱组件更加适用于物联网光谱感知节点。目前,市面上成熟的InGaAs产品常采用模拟电压输出,往往需要搭配商用模数转换电路芯片对输出进行数字化,便于后续数字信号处理。片上数字化输出是InGaAs焦平面微型化的一个发展趋势。焦平面集成片上数字输出功能,能够有效缩短模拟信号传输途径,降低噪声和信号串扰对输出信号的影响。本文首先对InGaAs光谱组件数字输出进行了研究,设计了一款集成片上数字输出功能的读出电路芯片;其次基于读出电路芯片研制了一款新型InGaAs数字输出光谱组件;最后设计了一套微型光谱感知节点,初步实现了远程光谱信息感知功能。具体内容如下:(1)本论文针对微型化InGaAs光谱组件设计了集成片上数字输出功能的128×1读出电路。电路内部集成有逐次逼近架构的14 bits模数转换器。由于逐次逼近电路内部集成有单位电容网络,电容网络走线带来的寄生电容会严重影响匹配精度。本论文提出了一种新的版图走线方案,降低电容网络寄生电容,使最大电容阵列失配率由9.1%降低至2.3%。读出电路采用0.18μm标准CMOS工艺流片,芯片功能正常,各项性能指标满足设计要求。(2)基于数字128×1读出电路芯片,研制出国内首款集成数字输出功能的InGaAs光谱组件。该组件实现了短波红外波段光谱信息感知以及数字电压信号输出功能。光谱组件采用256×1 InGaAs光敏芯片作为光敏元件,采用线性渐变滤光片作为分光元件。组件共有202个光谱通道,光谱范围950-1700 nm,光谱分辨率11-16 nm,基本满足短波红外光谱分析应用需求。(3)基于数字光谱组件研制了新型物联网光谱感知节点。该节点实现了光谱数据的采集和无线传输功能。采用三层板层叠结构减少系统尺寸,实现了光谱节点微型化。该节点尺寸为42×70×42 mm~3,重量为68 g。节点的性能满足设计要求,并具备微型化和轻量化的特点,为短波红外光谱传感物联网应用提供技术支持。