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红外成像信号检测技术（完整

版）doc资料

红外成像信号检测技术

(SignalDetectionTechnologyofInfraredImaging

王欢王志功冯军

(WanghuanWangZhigongFengjun

(东南大学射频与光电集成电路研究所南京四牌楼2号210096

摘要:介绍了红外成像技术的发展及现状,二维混合红外焦平面阵列(IRFPAs

的基本概念和单元结构,并结合BDI和CTIA两种读取电路对红外成像信号检测技

术的工作原理进行了阐述。

关键词

关键词:红外焦平面阵列,检测器,读取电路

AbstractThispaperintroducesthedevelopmentandprensentsituationofinfrared

imagingtechnology.Theconceptionandcellstructureofhybridinfraredfacal-plane

arraysoftwodimentionsarepresentedtoo.Thispaperalsodiscussesthecharacteristicof

signaldetectiontechnologybasedontheBDIandCTIA.

KeyWordsfacal-planearrays,detector,readoutcircuit

红外成像系统大体可分为三代:第一代装置是把单个传感元件和对空间目标进

行二维扫描的扫描镜组合在一起,获得红外图像。3—5µm的红外传感器有

HgCdTe光电导型(PC型:photoconductive和InSb光电型(PV型:photovoltaic。8—

14µm的是HgCdTe光电导型。第二代装置把一维传感器阵列和一维扫描镜组合

在一起,多采用PC型HgCdTe传感器阵列。现在PC型HgCdTe元件的灵敏度已

大体接近BLIP(backgroundlimitedinfraredphotoconductor状态,要提高系统的分辨

率,可采用TDI(timedelayandintegration:时间延迟积分技术,提高信噪比。传统的

电荷耦合器件(CCD可用来实现TDI功能。但随着CMOS工艺的提高,现在可用

CMOS来实现TDI。第三代装置用的传感器都是二维阵列。有两种类型,一种在功

能方面与TDI方式的一维阵列等价,一种是不用扫描镜也能得到图像的所谓“监视

传感器”(staringsensor。

目前,在红外成像信号检测领域,世界各国都热衷于二维混合红外焦平面阵列

IRFPAs(InfraredFocal-PlaneArrays,阵列尺寸已向1024×1024迈进,如图1所示。

IRFPAs可以工作在监视模式和扫描模式。随着IR检测器技术的不断成熟,现在可

以生产很大规模的检测器阵列,监视模式的IRFPAs

应用日益广泛。

图1.混合型IRFPAs

从图1中可以看出,混合型IRFPAs由检测器阵列和读取电路阵列通过倒装焊

技术构成。检测器阵列由HgCdTe感光二极管构成,读取电路包含前置放大器﹑积

分电路﹑采样保持或相关双采样电路﹑数模转换电路﹑数据复接器等。HgCdTe

感光二极管和信号读取单元电路是一一对应的。通常,混合型IRFPAs的单元结构

如图2所示.其中,复接器和输出电路是共用的,可以做在单元以外。通常,复接

器实现前级采样信号的并/串转换,然后由一个共用的输出电路输出。模/数转换

一般放在片外,以减小芯片面积。对于帧积分,信号读取电路包含前置放大﹑积分

电路和采样电路。但帧积分应用于长波器件时,由于光电流较大,需要较大的积分电

容,这将导致芯片面积成倍增长,对于大的阵列,这是不经济的。因此,当检测器是长

波器件时,可采用行积分,将读取电路中的积分电容和采样电路放在单元电路以外共

用,如图2虚线所示。

信号读取电路

混合型IRFPAs

单元电路

图2.混合型IRFPAs的单元结构

检测器等效模型由Idet﹑R