一种长波红外光导探测器CMOS电路设计

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一种长波红外光导探测器CMOS电路设计

袁红辉, 陈永平

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袁红辉, 陈永平. 一种长波红外光导探测器CMOS电路设计[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(3): 762-765.

引用本文:

袁红辉, 陈永平. 一种长波红外光导探测器CMOS电路设计[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(3): 762-765.

Yuan Honghui, Chen Yongping. Design of CMOS circuit for long wave infrared photoconductive detector[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(3): 762-765.

Citation:

Yuan Honghui, Chen Yongping. Design of CMOS circuit for long wave infrared photoconductive detector[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(3): 762-765.

一种长波红外光导探测器CMOS电路设计

袁红辉^1,2,
陈永平¹

1.
中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;
2.
中国科学院大学,北京100049

基金项目:

上海市国际科技合作基金（09530708500）

作者简介:
袁红辉（1972-），男，副研究员，博士生，主要从事模拟CMOS 集成电路的设计与测试方面的研究。Email：yuanhonghui@163.com；陈永平（1963-），男，研究员，博士生导师，博士，主要从事航天用硅光电探测器的研究及CMOS 集成电路方面的研究。Email：chen_yp@sitp.ac.cn

袁红辉（1972-），男，副研究员，博士生，主要从事模拟CMOS 集成电路的设计与测试方面的研究。Email：yuanhonghui@163.com；陈永平（1963-），男，研究员，博士生导师，博士，主要从事航天用硅光电探测器的研究及CMOS 集成电路方面的研究。Email：chen_yp@sitp.ac.cn

中图分类号: TN722

Design of CMOS circuit for long wave infrared photoconductive detector

Yuan Honghui^1,2,
Chen Yongping¹

1.
Key Laboratory of Infrared Imaging Materials and Detectors,Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200083,China;
2.
University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

摘要: CMOS 电路是高输入阻抗，而长波红外光导探测器是低阻抗，实现低阻抗红外光导探测器与CMOS 电路的良好匹配，是目前长波红外探测器高性能成像的关键技术。文中设计了一种能在低温下工作的低阻抗红外光导探测器CMOS 电路，差分放大器采用正负电源供电，在输入级采用桥式输入方式，该电路第一级采用1M的负反馈电阻实现信号放大，第二级放大采用正端放大方式，输入级、第一级放大、第二级放大均采用直接耦合方式。测试结果表明，该放大器与长波红外低输入阻抗光导探测器连接后能正常工作，总放大倍数大于1 万倍，3 dB 带宽大于4 kHz，等效输入电压噪声小于1.5 V，有效地解决了低阻抗光导探测器与高阻CMOS 电路的匹配问题。
- 低阻抗 /
- CMOS /
- 低噪声 /
- 光导探测器
Abstract: To design low-temperature CMOS circuit for low impedance infrared photoconductive detector and realizing high performance IR imaging, the use of differential amplifier with symmetrical positive and negative power is necessary. Thus, a kind of two grade CMOS circuit was designed. The first grade was adopted bridge circuit input, this structure was fit for low impedance detector. The positive magnifying method was introduced in second grade. The feedback resistance was designed 1 M, the circuit was supplied by 1.5 V and this circuit was attached to detector without capacitance. The testing results show that the amplifier can work well when it connects with low-impedance infrared photoconductive detector at the low temperature. The circuit total gain exceeds 10 000 times, the 3 dB bandwidth is more than 4 kHz, and the equivalent input noise is less than 1.5 V. The research has perfectly solved the matching problem between high impedance CMOS circuit and low impedance detector.
- low-impedance /
- CMOS /
- low-noise /
- photoconductive detector

[1]	Mohammad S, Alam Joseph P Predina. Computer study of nonlinearity in constant current biased mercury-cadmium- telluride detectors[J]. Opt Eng, 2003, 42(12): 3491-3497.
[2]
[3]	Yuan Honghui, Chen Yongping, Chen Shijun, et a1. A cryogenic temperature eight-cell CMOS differential current amplifier for IR detectors[C]//ISPDI, 2011, 8193: 81930.
[4]
[5]
[6]	Li Chunlai, Lin Chun, Chen Xiaowen, et al. Space-borne LWIR FPA imaging system [J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(9): 2253-2260. (in Chinese)
[7]	Yuan Honghui, Wang Ganquan, Chen Yongping, et al. Low- power low-noise minitype preamplifier working at utmost lower temperature[J]. Infrared and Laser Engineering, 2006, 35(4): 432-436. (in Chinese)
[8]
[9]
[10]	Francis Balestra, Grard Ghibaudo. Device and Circuit Cryogenic Operation for Low Temperature Electronics [M]. Orlando: Dordrecht Kluwer Academic Publishers, 2001.
[11]
[12]	Alam Mohammad S, Joe Predina. Identification and correction of nonlinearity in constant voltage biased infrared sensor detected signals[C]//SPIE, 1999, 3701, 0277-786X.
[13]	Yuan Honghui, Chen Yongping. Design and performance of a low noise circuit for VLWIR HgCdTe photoconductive detectors[C]//The 6th International Symposium on Advanced Optical Manufacturing and Testing Technologies, 2012, 8419: 84192.
[14]
[15]	Tan Qinhong, Ren Qigan, Wu Chuanxi, et al. Design of driving circuit for 384 288 UFPA [J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(2): 315-319. (in Chinese)

[1]	冯婕, 李豫东, 文林, 郭旗. CMOS图像传感器辐射损伤导致星敏感器性能退化机理 . 红外与激光工程, 2020, 49(5): 20190555-20190555-7. doi: 10.3788/IRLA20190555
[2]	王雅君, 高丽, 张晓莉, 郑耀辉. 用于精密测量的低噪声激光器研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201073-1-20201073-13. doi: 10.3788/IRLA20201073
[3]	姚立斌, 陈楠. 高性能低噪声数字读出电路 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0103009-0103009(10). doi: 10.3788/IRLA202049.0103009
[4]	周旋风, 陈前荣, 王彦斌, 朱荣臻, 李华, 任广森. 脉冲激光辐照CMOS相机的图像间断现象及机理 . 红外与激光工程, 2019, 48(3): 306002-0306002(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0306002
[5]	李金洪, 邹梅. 低照度CMOS图像传感器设计与实现 . 红外与激光工程, 2018, 47(7): 720002-0720002(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0720002
[6]	刘朝阳, 刘力源, 吴南健. 采用CMOS太赫兹波探测器的成像系统 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 125001-0125001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0125001
[7]	王景楠, 聂劲松. 超连续谱光源辐照可见光CMOS图像传感器的实验研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 106004-0106004(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0106004
[8]	汪洋, 刘大福, 徐勤飞, 王妮丽, 李雪, 龚海梅. 不同结构红外光导探测器组件光串分析 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 404001-0404001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0404001
[9]	王云祥, 李庭权, 邱琪, 史双瑾, 苏君. 采用NPRO光源的零差相干光通信实验 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1122003-1122003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1122003
[10]	周玉蛟, 任侃, 钱惟贤, 王飞. 基于光电二极管反偏的光电检测电路的噪声分析 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 117003-0117003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0117003
[11]	盛良, 张震, 张检民, 左浩毅. 连续激光辐照CMOS相机的像素翻转效应及机理 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 606004-0606004(4). doi: 10.3788/IRLA201645.0606004
[12]	武星星, 刘金国, 周怀得, 张博研. 基于EMCCD和CMOS的天基微光成像 . 红外与激光工程, 2016, 45(5): 514002-0514002(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0514002
[13]	陈凤金, 司俊杰, 施正风. 湿热环境下PbS光导探测器性能及可逆性研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3713-3717.
[14]	金伟其, 陶禹, 石峰, 李本强. 微光视频器件及其技术的进展 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3167-3176.
[15]	侯治锦, 司俊杰, 王巍, 吕衍秋, 王锦春, 陈湘伟. 光导PbS 焦平面探测器制备中负载电阻的选取 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2793-2797.
[16]	杨秀彬, 林星辰. 低轨凝视卫星动态跟踪对成像的影响分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(S1): 203-208.
[17]	王华, 曹剑中, 王华伟, 郭惠楠, 赵晓冬, 刘广森. 基于估计方法的CMOS图像传感器列固定模式噪声校正方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1928-1932.
[18]	祖秋艳, 王玮冰, 黄卓磊, 何鑫, 陈大鹏. 二极管非制冷红外探测器及其读出电路设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1680-1684.
[19]	王云祥, 邱琪, 梁旭, 邓珠峰. 窄线宽低噪声可调谐非平面环形激光器 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 595-598.
[20]	魏鹏, 朱耀明, 邓洪海, 唐恒敬, 李雪, 张永刚, 龚海梅. 台面型InP/InGaAs PIN 光伏探测器的p-InP低阻欧姆接触 . 红外与激光工程, 2011, 40(12): 2309-2313.

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一种长波红外光导探测器CMOS电路设计

袁红辉^1,2,
陈永平¹

1. 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;

2. 中国科学院大学,北京100049

作者简介:
袁红辉（1972-），男，副研究员，博士生，主要从事模拟CMOS 集成电路的设计与测试方面的研究。Email：yuanhonghui@163.com；陈永平（1963-），男，研究员，博士生导师，博士，主要从事航天用硅光电探测器的研究及CMOS 集成电路方面的研究。Email：chen_yp@sitp.ac.cn

袁红辉（1972-），男，副研究员，博士生，主要从事模拟CMOS 集成电路的设计与测试方面的研究。Email：yuanhonghui@163.com；陈永平（1963-），男，研究员，博士生导师，博士，主要从事航天用硅光电探测器的研究及CMOS 集成电路方面的研究。Email：chen_yp@sitp.ac.cn

收稿日期: 2013-07-15
修回日期: 2013-08-19
刊出日期: 2014-03-25

基金项目:

上海市国际科技合作基金（09530708500）

中图分类号: TN722

关键词:

摘要: CMOS 电路是高输入阻抗，而长波红外光导探测器是低阻抗，实现低阻抗红外光导探测器与CMOS 电路的良好匹配，是目前长波红外探测器高性能成像的关键技术。文中设计了一种能在低温下工作的低阻抗红外光导探测器CMOS 电路，差分放大器采用正负电源供电，在输入级采用桥式输入方式，该电路第一级采用1M的负反馈电阻实现信号放大，第二级放大采用正端放大方式，输入级、第一级放大、第二级放大均采用直接耦合方式。测试结果表明，该放大器与长波红外低输入阻抗光导探测器连接后能正常工作，总放大倍数大于1 万倍，3 dB 带宽大于4 kHz，等效输入电压噪声小于1.5 V，有效地解决了低阻抗光导探测器与高阻CMOS 电路的匹配问题。

English Abstract

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