一种线列型红外焦平面读出电路及其设计方法技术

本发明专利技术提供了一种线列型红外焦平面读出电路及其设计方法，其中读出电路包括：偏置电压产生模块、数字逻辑控制模块、信号接收及处理模块、及输入输出管脚；多个信号接收及处理模块集成在同一块芯片上，通过偏置电压产生模块和数字逻辑控制模块与多个输入输出管脚连接，多个输入输出管脚位于芯片的同一端；偏置电压产生模块和数字逻辑控制模块分别为多个信号接收及处理模块提供偏置电压和数字逻辑脉冲信号。本发明专利技术能够在同一块红外焦平面探测器同时完成多个谱段信号处理工作而相互没有影响，并且单边输入输出管脚的排布方式为红外焦平面探测器片外进行多片拼接提供了可行性。

A linear infrared focal plane readout circuit and its design method

The present invention provides a linear infrared focal plane readout circuit and its design method, the sensing circuit includes a bias voltage generating module, logic control module, signal receiving and processing module, input and output pins; integration of multiple signal receiving and processing module on the same chip, produced by the bias voltage module and the digital logic control module and a plurality of input and output pins connected to a plurality of input output pins of the chip in the same end; bias voltage generating module and a digital logic control module respectively, a plurality of signal receiving and processing module provides a bias voltage and digital logic pulse signal. The invention can simultaneously perform multiple spectral signal processing on the same piece of infrared focal plane detector and did not affect each other, and the arrangement of single input and output pins for the infrared focal plane detector chip of several pieces provide the feasibility.

【技术实现步骤摘要】
一种线列型红外焦平面读出电路及其设计方法
本专利技术涉及红外焦平面探测器领域，特别涉及一种线列型红外焦平面读出电路及其设计方法。
技术介绍
红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件，是探测、识别分析物体红外信息的关键，在军事、工业、交通、安全防控、气象、医学等各行业具有广泛应用。随着各领域应用对高性能、低成本红外技术的需求，红外焦平面探测器需要向扩展波长范围、增加阵列规模、提高集成密度、高速信号处理能力、小型化以及智能化等方向发展。这不仅促进了红外焦平面探测器制造工艺的提升，更是对红外探测器的核心部分——读出电路提出了更高的要求。目前，红外焦平面读出电路的设计方法多是采用输入输出PAD分别排列在芯片两侧的单谱段单芯片设计。这样一来，对于更多谱段的应用则需要多片读出电路，同时需要多个外围电路和设备来形成红外焦平面探测器系统，而且输入输出PAD排布在芯片两侧的双边输出结构想要实现片外拼接十分困难，这就大大降低了红外系统的集成度和可靠性。主流的读出电路设计方法无法满足探测器应用设备智能小型化、高集成度的应用要求，因此，有必要在现有的读出电路设计基础上采取优化和改进措施，以满足红外焦平面探测器的发展需求。这种优化和改进依托于红外材料设计的灵活性，红外材料生长和焦平面器件技术的成熟性。在红外材料和长线列大规模器件的均匀性和稳定性均有一定保证的前提下，不断进步日趋成熟的CMOS集成电路制造工艺及不断缩小的工艺特征尺寸也为读出电路的高速、高集成度提供了实现的可能。
技术实现思路
为了应对超大阵列规模、高集成度、低成本的红外焦平面成像系统的发展要求，解决现有红外焦平面读出阵列应用谱段单一、片外拼接困难的问题，本专利技术提出了一种线列型红外焦平面读出电路及其设计方法。本专利技术提供的线列型红外焦平面读出电路，包括：偏置电压产生模块、数字逻辑控制模块、信号接收及处理模块、及输入输出管脚；多个所述信号接收及处理模块集成在同一块芯片上，通过所述偏置电压产生模块和所述数字逻辑控制模块与多个输入输出管脚连接，所述多个输入输出管脚位于所述芯片的同一端；所述多个信号接收及处理模块，用于接收和处理不同谱段的信号；所述多个输入输出管脚，用于为所述不同谱段的信号提供输入输出接口；所述偏置电压产生模块，用于为所述多个信号接收及处理模块提供偏置电压；所述数字逻辑控制模块，用于为所述多个信号接收及处理模块提供数字逻辑脉冲信号。进一步的，本专利技术所述的线列型红外焦平面读出电路，还包括去耦电容阵列：所述去耦电容阵列的一端与所述输入输出管脚连接，另一端与所述偏置电压产生模块连接，用于提高供电电源及外接偏置电压的供电稳定性，同时降低元件耦合到电源端的噪声。具体的，在本专利技术所述的线列型红外焦平面读出电路中，具有相同线列规模的信号接收及处理模块紧邻放置，以共用所述数字逻辑控制模块；和/或需要相同偏压电压的信号接收及处理模块紧邻放置，以共用所述偏置电压产生模块。具体的，在本专利技术所述的线列型红外焦平面读出电路中，在每个信号接收及处理模块的周围设有隔离环，以抑制各个信号接收及处理模块的相互串扰。具体的，在本专利技术所述的线列型红外焦平面读出电路中，所述信号接收及处理模块的电源-地线采用网格式布线。本专利技术提供的线列型红外焦平面读出电路的设计方法，包括以下步骤：根据芯片的性能要求设计每个信号接收及处理模块中像元的阵列规模；根据每个信号接收及处理模块中像元的阵列规模设计数字逻辑控制模块和偏置电压产生模块，得到线列型红外焦平面读出电路的原理图；根据所述原理图对所述每个信号接收及处理模块、所述数字逻辑控制模块和所述偏置电压产生模块的位置进行版图布局，并将输入输出管脚设置在所述芯片的同一端；根据所述原理图及所述版图布局，将所述每个信号接收及处理模块、所述数字逻辑控制模块和所述偏置电压产生模块进行连接，完成版图设计。进一步的，在本专利技术所述的线列型红外焦平面读出电路的设计方法中，在将所述每个信号接收及处理模块、所述数字逻辑控制模块和所述偏置电压产生模块进行连接，完成版图设计之后，还包括：对设计完成的版图进行版图寄生参数提取，并把提取后的版图寄生参数带到电路中进行版图后仿真；若后仿真结果与原理图设计仿真结果不一致，则重新进行版图设计，直到后仿真结果与原理图设计仿真结果一致。具体的，在本专利技术所述的线列型红外焦平面读出电路的设计方法中，在根据所述原理图对所述每个信号接收及处理模块、所述数字逻辑控制模块和所述偏置电压产生模块的位置进行版图布局时，将具有相同线列规模的信号接收及处理模块紧邻放置，以共用所述数字逻辑控制模块；和/或需要相同偏压电压的信号接收及处理模块紧邻放置，以共用所述偏置电压产生模块。具体的，在本专利技术所述的线列型红外焦平面读出电路的设计方法中，在根据所述原理图对所述每个信号接收及处理模块、数字逻辑控制模块和偏置电压产生模块的位置进行版图布局时，还包括在偏置电压产生模块与输入输出管脚之间设置去耦电容阵列，以提高供电电源及外接偏置电压的供电稳定性，同时降低元件耦合到电源端的噪声。具体的，在本专利技术所述的线列型红外焦平面读出电路的设计方法中，在根据所述原理图及所述版图布局，将每个信号接收及处理模块、数字逻辑控制模块和偏置电压产生模块进行连接时，对每个信号接收及处理模块的电源-地线采用网格式布线。具体的，在本专利技术所述的线列型红外焦平面读出电路的设计方法中，在根据所述原理图及所述版图布局，将每个信号接收及处理模块、数字逻辑控制模块和偏置电压产生模块进行连接时，在每个信号接收及处理模块的周围设置隔离环，以抑制各个信号接收及处理模块的相互串扰。本专利技术提供的线列型红外焦平面读出电路及其设计方法，实现了同一块红外焦平面探测器同时完成多个谱段信号处理工作而相互没有影响，并且单边PAD的排布方式为红外焦平面探测器片外进行多片拼接提供了可行性，红外焦平面探测器的优良性能也得到了保证。这样的高集成度设计，迎合了红外焦平面探测器超大阵列规模、高集成度、小型化的发展趋势，从本质上降低了设计成本。附图说明图1为本专利技术装置实施例中线列型红外焦平面读出电路的结构示意图；图2为本专利技术实例1的单边输出四谱段单片集成线列型红外焦平面读出电路版图的版图布局示意图；图3为本专利技术实例1中后仿真的原理图；图4为本专利技术方法实施例中线列型红外焦平面读出电路的设计方法流程图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。为了应对超大阵列规模、高集成度、低成本的红外焦平面成像系统的发展要求，解决现有红外焦平面读出阵列应用谱段单一、片外拼接困难的问题，本专利技术提出了一种线列型红外焦平面读出电路及其设计方法，以下结合附图对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。图1为本专利技术装置实施例中线列型红外焦平面读出电路的结构示意图，如图1所示，本专利技术装置实施例的线列型红外焦平面读出电路包括：偏置电压产生模块12、数字逻辑控制模块14、信号接收及处理模块10、及输入输出管脚16；多个所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，包括：偏置电压产生模块、数字逻辑控制模块、信号接收及处理模块、及输入输出管脚；多个所述信号接收及处理模块集成在同一块芯片上，通过所述偏置电压产生模块和所述数字逻辑控制模块与多个输入输出管脚连接，所述多个输入输出管脚位于所述芯片的同一端；所述多个信号接收及处理模块，用于接收和处理不同谱段的信号；所述多个输入输出管脚，用于为所述不同谱段的信号提供输入输出接口；所述偏置电压产生模块，用于为所述多个信号接收及处理模块提供偏置电压；所述数字逻辑控制模块，用于为所述多个信号接收及处理模块提供数字逻辑脉冲信号。

【技术特征摘要】
1.一种线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，包括：偏置电压产生模块、数字逻辑控制模块、信号接收及处理模块、及输入输出管脚；多个所述信号接收及处理模块集成在同一块芯片上，通过所述偏置电压产生模块和所述数字逻辑控制模块与多个输入输出管脚连接，所述多个输入输出管脚位于所述芯片的同一端；所述多个信号接收及处理模块，用于接收和处理不同谱段的信号；所述多个输入输出管脚，用于为所述不同谱段的信号提供输入输出接口；所述偏置电压产生模块，用于为所述多个信号接收及处理模块提供偏置电压；所述数字逻辑控制模块，用于为所述多个信号接收及处理模块提供数字逻辑脉冲信号。2.如权利要求1所述的线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，还包括去耦电容阵列：所述去耦电容阵列的一端与所述输入输出管脚连接，另一端与所述偏置电压产生模块连接，用于提高供电电源及外接偏置电压的供电稳定性，同时降低元件耦合到电源端的噪声。3.如权利要求1所述的线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，具有相同线列规模的信号接收及处理模块紧邻放置，以共用所述数字逻辑控制模块；和/或需要相同偏置电压的信号接收及处理模块紧邻放置，以共用所述偏置电压产生模块。4.如权利要求1所述的线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，在每个信号接收及处理模块的周围设有隔离环，以抑制各个信号接收及处理模块的相互串扰。5.如权利要求1所述的线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，所述信号接收及处理模块的电源-地线采用网格式布线。6.权利要求1～5任一项所述的线列型红外焦平面读出电路的设计方法，其特征在于，包括：根据芯片的性能要求设计每个信号接收及处理模块中像元的阵列规模；根据每个信号接收及处理模块中像元的阵列规模设计数字逻辑控制模块和偏置电压产生模块，得到线列型红外焦平面读出电路的原理图；根据所述原理图对所述每个信号接收及处理模块、...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁媛，刘泽巍，刘万金，王成刚，喻松林，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11