红外焦平面像素级数字化技术最新进展

于 艳,李敬国,刘泽巍

(华北光电技术研究所,北京 100015)

1 引 言

红外焦平面的数字化实质上是红外探测器信号读出电路的数字化，而信号读出电路是属于微电子集成电路的范畴，因此，超大规模集成电路设计和制造技术是实现红外焦平面数字化的支撑技术。随着集成电路设计、制造技术的飞速进步，能够获得线宽更小、集成度更高的数字化/智能化读出电路芯片。更进一步地可将许多传统红外探测器组件后端电路所完成的功能集成在焦平面读出电路中实现，例如:信号的模数转换(ADC)、非均匀性修正(NUC)、甚至实现图像处理、片上系统(SoC)等，这些技术的发展不但提高了探测器的性能和信息处理能力，还能够简化探测器接口、减小探测器的体积和重量、提高探测器的抗干扰能力。

模拟数字转换器(ADC)是数字化焦平面的基础，本文将简要叙述红外焦平面片上ADC的几种架构方式及其优缺点，重点分析几种典型的像素级ADC结构的工作方式及其对红外焦平面探测器的性能影响，最后将介绍国外像素级数字化技术最新进展情况。

2 红外焦平面片上ADC简介

红外探测器读出电路片上ADC的设计是数字化焦平面的最核心技术，不同于集成电路中的ADC模块，其结构参数设计受限于探测器有限的像素面积，应用于制冷型探测器中还要受到功耗方面的约束。

传统读出电路将探测器感光后输出的微弱电信号积累、放大、处理并顺序输出。通常是由输入级、列放大级、输出级和时序控制电路组成，其中除了一些简单的控制电路为数字电路以外，对探测器信号的处理均是在模拟域完成的，如图1所示。……