10微米非制冷红外焦平面阵列芯片
二极管原理非制冷红外焦平面阵列的集成设计
ｄ ｖ ｌ ｐ ｄ ｏ ｈ ａ ｐ ｉａｉ ｎ ｏ ｏ ｅ ｅｏ ｅ ｆｒ ｔ ｅ ｐ ｌ ｔｏ ｓ ｆ ｌ ｗ ｃ ｓ ｎ ｈ ｇ ｐ ｒｏ ｍ ａ ｃ ｕ ｃ ｏｅ ｉ ｆａ ｅ ｉ ａ ｉｇ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｃ ｏ ｔ ａ ｄ ｉ ｈ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｎ ｏ ｌｄ ｎ ｒ ｒｄ ｍ ｇｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ．
大的优 势 。 出 电路是 基 于标 准 Ｃ 读 ＭＯ Ｓ工艺进行 设计 的 。 ２ ｘ ４ ３ ０ ２ ０规模 的 焦平 面阵列利 用 Ｃ ＭＯＳ标 准 工 艺和 ＭＥ ＭＳ工 艺集成 已经得到 了结构 实验 结果 。研 究 并测得 二极 管像 元 的正 向压 降的温度 变化 率 约为一 ．ｍＶ Ｋ。分析 和 实验证 明 了二极 管原理 非制 冷红 外 焦平 面阵列 的设 计和 工 艺可行性 ， 一项 １ ／ ５ 是
Ｉｓｔｔ ｆＭｉｒｅｅｔ ｎｃ ｆＣｈｎｓ ａ ｅ ｆＳ ｉ ｃｓ Ｂ ｉｎ ０ ０ ９ ｈｎ ） ｎｔｕｅｏ ｃｏｌｃ ｏ ｉｓｏ ｉｅｅＡｃｄｍｙ ｏ ｃｅ ｅ， ｅ ｉｇ１ ０ ２ ，Ｃ ｉａ ｉ ｒ ｎ ｊ
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｄ ｓｇ ａ ｄ ｆｂ ｃ ｔ ｎ ｆ ｕ ｃ ｏｅ ｄｏ ｅ ｎｒｒｄ ｆ ｃ ｌｐａ ｅ ｒａ （ Ｐ ｓｒ ｃ：Ｔ ｅ ｅｉｎ ｎ ａ ｒ ａｉ ｏ ｎ ｏ ｌｄ ｉｄ ｉｆ ｅ ｏ ａ ｌｎ ａｒｙ Ｆ Ａ）ｈ ｖ ｅ ｎ ｉ ｏ ａ ａ ｅ ｂ ｅ
非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计-概述说明以及解释
非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计-概述说明以及解释1.引言1.1 概述非制冷红外焦平面阵列是一种重要的红外传感器，具有广泛的应用前景。
与传统冷却红外焦平面阵列相比，非制冷红外焦平面阵列不需要额外的冷却机制，因此具有更小、更轻、更便捷的特点。
由于其在热成像、火情监测、夜视、目标探测、红外光谱等领域具有广泛的应用价值，因此其电路设计成为研究的重点。
本文旨在探讨非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计，重点是要分析其原理、应用，并提出相应的设计要点。
通过对非制冷红外焦平面阵列的深入研究和分析，可以揭示其内在机制，为信号处理电路的设计提供理论依据和实践指导。
文章的结构主要由引言、正文和结论三个部分构成。
在引言部分，我们将对非制冷红外焦平面阵列进行一个整体的概述，介绍其基本原理、特点和应用范围。
同时，我们还将介绍文章的结构，以便读者能够清晰地了解整篇文章的组织结构，方便查找所需信息。
通过本文的研究，我们期望能够为非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计提供一些有益的指导，促进其在相关领域的应用与发展。
同时，我们还将展望非制冷红外焦平面阵列信号处理电路在未来的发展方向，为后续研究提供一定的参考依据。
总之，本文将深入探讨非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计，通过对其原理和应用的研究，提出相应的设计要点，并对其未来的发展进行展望。
希望本文能为相关领域的研究人员和工程师提供一些有益的启示和参考。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要分为以下几个部分进行叙述和分析：第一部分是引言部分，主要对非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计进行概述和介绍。
其中包括对该领域的背景和意义进行阐述，以及对文章结构和目的进行说明。
第二部分是正文部分，主要包括两个重要内容。
首先，对非制冷红外焦平面阵列的原理和应用进行详细介绍，包括其工作原理、结构组成和相关应用领域。
其次，介绍信号处理电路的设计要点，包括对信号的采集、预处理和解调等环节进行详细分析和设计方案的阐述。
非制冷红外焦平面探测器及其典型应用
SWIR
• 可使用常规可见光 镜头，可透过玻璃 成像
• 可探测1.06μm及 1.55μm激光
• 可复现可见光图像 细节Fra bibliotekMWIR
• 在高温、潮湿的海 洋大气条件下，中 波红外的传输优于 长波红外
• 如舰船发动机等高 温目标中波红外特 征明显
• 中波制冷红外的技 术成熟度
LWIR
• 长波红外在地面大 气环境的传输最好
11
红外成像技术—发展史
1800年， 赫胥尔发现了红外线 （水银温度计）
光机扫描、红外 摄像管技术
1800 1901年，Langley 利用探测到 1/4英里外的一头牛（电阻
1930
式测辐射热计）
1940
光机扫描红外成像技术 非制冷型红外成像技术
1956
AIM-9响尾蛇导弹
民用红外成像有望呈现爆发式增长。
9
红外成像探测器技术
制冷光子型
原理：光子型探测 优势：成像距离远，成像清晰，响应时间快，可高帧频工作（400Hz)； 劣势：系统功耗大，体积大，成本高，运行时间受制冷机寿命限制； 应用：红外雷达，光电吊舱，导引头等远距离观测与跟踪高端军用
• 长波红外与室温目 标的红外辐射光谱 的匹配最好
• 战场环境烟雾环境 适应性好
• 非制冷长波红外成 像成本较低
IRay Confidential
4
红外成像技术优势
隐蔽性好 全天时
被动式目标成像与识别，隐 蔽性好
能真正做到24小时全天时监控， 不受白天黑夜影响
抗电磁干扰
不受电磁影响，能远距离精 确跟踪热目标
准全天候
作用距离远
可穿透烟雾、雾霾、云雾成像， 在恶劣天气条件下的成像效果 几乎不受影响。
基于ADN8830的非制冷红外焦平面温度控制电路设计
基于ADN8830的非制冷红外焦平面温度控制电路设计红外技术作为一种发现、探测和识别目标的重要手段在军民两用技术中有着广泛的应用，非制冷红外焦平面阵列技术的发展极大地提高了系统的性能。
非制冷红外热像仪采用的是不需要制冷的热探测器焦平面阵列，利用红外辐射使焦平面上敏感像元的温度改变，从而使电阻随之改变，来探测目标的温度特性。
所以，只有尽可能地保证焦平面阵列中各敏感像元自身基准温度稳定且一致，才能够提高热像仪的探测灵敏度，减小系统后期非均匀性校正的难度，最终从根本上提高热像仪的探测灵敏度，改善热像仪的成像性能。
目前，在实际的非制冷红外焦平面阵列探测器中采用半导体热电制冷器(TEC)来稳定基准温度。
在此着重介绍一种基于ADN8830的高性能TEC温度控制电路及其PID补偿网络的调节方法。
1 温度控制电路设计TEC(Thermo Electric Cooler)是用两种不同半导体材料(P型和N型)组成PN结，当PN结中有直流电通过时，由于两种材料中的电子和空穴在跨越PN结移动过程中的吸热或放热效应(帕尔帖效应)，就会使PN结表现出制冷或制热效果，改变电流方向即可实现TEC的制冷或制热，调节电流大小即可控制制热制冷量输出。
利用TEC稳定目标温度的方法如图1所示。
图1中第一部分是温度传感器。
这个传感器是用来测量安放在TEC端的目标物体的温度。
期望的目标物体温度是用一个设定点电压来表示，与温度传感器产生的代表实际目标物体温度的电压通过高精度运算放大器进行比较，然后产生误差电压。
这个电压通过高增益的放大器放大，同时也对因为目标物体的冷热端引起的相位延迟进行补偿，然后再驱动H桥输出，H桥同时控制TEC电流的方向和大小。
当目标物体的温度低于设定点温度时，H桥朝TEC致热的方向按一定的幅值驱动电流；当目标物体的温度高于设定点温度时，H桥会减少TEC的电流甚至反转TEC的电流方向来降低目标物体温度。
当控制环路达到平衡时，TEC的电流方向和幅值就调整好了，目标物体温度也等于设定的温度。
基于I 2C的新型非制冷红外焦平面温度控制系统
引言
近 几年来 ，红外成 像技 术突 发猛进 ，而 作为 科技 进 步 新 型 产物 的非 制 冷 型红 外 成 像 系 统 以其 价 格 较 低 、体 积小 、功耗 相对 较低 等优 点迅速 占领 了红外 成 像 技术 的市场 ，而对红 外焦 平面探 测器 的温度 控制 也 理所 当然 成为 了红外 技术 的关键 技术之 一 。 基 于微 测 辐 射 热 计 原 理 的非 制 冷 型 红 外 焦平 面 （Ｒ Ａ）是利用 红外 辐射 引起热 敏像 元 的温 度上 升 ， Ｉ Ｒ） 导致 自身 阻值 发 生变化 ，改变读 出 的电压值 ，从 而探
ｒｎ ｅａ ± ００ ５Ｃ． ｔｉ ｒ ｖ ｓｔｅｔｍｐ ｒｔｒ ｔｂｌ ｙ ｏ ｃ ｌ ｌｎ ｒａ ｓ ａ ｄｐ ｏ ｉｅ ｒｃｉａｉ ａ ｇ ｔ ．０ ￣ Ｉ ｍｐ ｏ ｅ ｅ ｅａｕｅ ｓａ ｉ ｔ ｆｆ ａ ｐａ ｅａｒ ｙ ． ｎ ｒ ｖｄ ｓａｐ ａ ｔ ｌ ｙ ｈ ｉ ｏ ｃ ｔ
中图分类号 ：Ｔ １ Ｎ２ ６ 文 献标识码 ：Ａ 文章编 号 ： １０ —８ １２ １ ）６０ ５ ３ ０ １８ ９ （０ ００ ．３ ３０
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｗ ２ ｂ ｓ ｄ Ｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｒ ｌ ｎ ｙ ｔ ｍ ｓｇ ｆ Ｎｅ Ｉ Ｃ． ａ ｅ ｅ ｅ ａ ｕ ｅＣｏ ｔ ｏ ｉ ｇ Ｓ ｓｅ ａ
（ 电予科技大学 光 电信息学院 电子溥膜 与集成器件 国家重点实验室，四川 成都 ６０ ５ ） １０ ４
摘要：论述 了非制出温度控制原理，在此基础上提
出使用 ＭＡ １７ Ｘ ９ ８对 Ｔ Ｃ进行 闭环 自动控制的方案，并使用 Ｄ Ｃ芯片 Ａ ５６ Ｒ作为温度参考电压 Ｅ Ａ Ｄ ６５ 输入芯片，使用 Ｉ ２ Ｃ协议完成精确定点温度控制，实现 了 将非制冷红外焦平面阵列在不同的环境 下稳
非制冷红外焦平面阵列器件驱动电路的研究
压 电路、单芯片焦 平面温度控 制 电路 和基 于现场 可编程 门 阵列器件 的 时序逻辑 驱动 电 路 。实验 表 明，该 驱 动 电路 的控 温 精度 优 于 ００ ． ５℃，直 流 偏 压 电源 精 度 高 ，噪声低 ，时
序驱动合理 。
关 键词：非制冷红外焦 平面 阵列；驱动 电路；现场 可编程 门 阵列；热 电致冷器
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第２ ’ ６ ９－ 期 ； 巷第
ｉ ｉ 。 ｉ ｊ Ｉ
红 Ｊ 外
＿
文 章 编号 ： １ ７ —７ ５ ２０ ）６０ ０ －４ ６ ２８ ８ （０ ８０ －０ ００
非 制 冷 红 外 焦 平 面 阵 列 器 件 驱 动 电路 的研 究
１ 引 言
近年来， 非制冷红外焦平面阵列器件 （ Ｆ Ａ ＵＰ） 性能 的提 高，以及 其光谱宽 、成本低、体积 小、
功 耗 低 等 诸 多 优 点 ，使 其 在 军 事 侦 察 、导 航 、安
Ｕ Ｐ Ｆ Ａ是 非 制 冷 红 外 热 成 像 系 统 的核 心 ，决
定 了系 统 的性 能参 数和 成像 质量 。为 了进 一步
中图分类号 ： Ｔ ７６ 文献标识码 ： Ａ Ｎ ８
Ｓｔ ｙ ｏ ｒ ｖ ｉ ｃ ｔ ｆ ｒ Ｕ ｎｃ ｏ ｅ ｎｆ ａ ｅ ｕｄ ｆＤ ｉ ｅ Ｃ ｒ ｕｉ ｏ ｏ ｌｄ Ｉ ｒ ｒ ｄ Ｆｏｃ ｌＰｌ ｎｅ Ａ ｒ ａ ａ ａ ｒ ｙ
ＱＩ ｅ —ａ ｇ Ｒ Ｎ Ｗ ｎｇ ｎ ， ＡＮＧ Ｘｉｇ Ｇ — ｕ ｎ ， ＡＯ Ａｉ ａ ｈ
ｓｑ ｅ ｃ ｒ ａｅ ｎａｆ ｌ— ｒｇａ ｅ ｕｎ ｅ ｓ ｄｏ ｅ ｐ ｏ ｒｍｍａ ｌ ｇ ｔ ｒａ Ｆ ＧＡ） ｅｐ ｃｉｅｙ Ｔｈ ｐ ｒ ｎａ ｓ ｌ ｈ ｗ ｂ ｉｄ ｂｅ ａｅａｒｙ（ Ｐ ｒｓｅ ｔ ｌ． ｅ ｘ ｅｉ ｔｌｅｕｔ ｓ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｒ ｓ
【国家自然科学基金】_非制冷红外焦平面_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
科研热词 非制冷红外成像 焦平面阵列 光学读出 面光源 非制冷 远红外热像 读出电路(roic) 衍射光学 薄膜 脊髓拴系综合征 红外光学 等效电学模型 电学比拟 特征分析 热电制冷器(tec) 成像系统 微测辐射热计 微梁 变焦距系统 光学设计
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
科研热词 红外光学系统 光学设计 非制冷 距离 衍射光学 红外测温 红外成像 红外变焦 焦平面阵列 温度标定 消热差 测温精度 折射/衍射混合 建模 噪声 mems
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
科研热词 非制冷红外焦平面阵列 非制冷红外成像 非均匀校正算法 非均匀校正 非制冷红外探测器 非制冷 衍射元件 线性变换 红外焦平面阵列 红外图像 红外光学系统 真空封装 物理电子学 焦平面阵列 热工学 温度控制 时序控制 无基底 局部极值 局部加热 实时处理 多级均值 图像处理 图像增强 光学读出 光学设计 光学工程 信号处理系统 低温封接 tec pid adn8830
非制冷红外焦平面阵列进展
（ ｉｃ ｎ ｖｃｓ ｎ ｔ ｒｔｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ｐ ｒ ｎ， ｎｔｕｅｏ ｃｏ ｌ ｔ ｎｃ ｆ Ｓｌ ｏ ｉｅ ａ ｄＩ ｅ ａｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙＤｅ ａｔ ｔ Ｉｓ ｔｔ ｆ ｉ Ｄｅ ｎ ｇ ｍｅ ｉ Ｍｉｒｅｅ ｒ ｉｓ ｃｏ ｏ
型 、 ． 容 型 非 制 冷 ＩＦ Ａ 和 应 用 光 力 学 效 应 的 非 制 冷 Ｉ Ｆ Ａ、 于 法 布 里 － 罗微 腔 阵 列 的 热 电 ＲＰ ＲＰ 基 珀
非 制 冷 Ｉ Ｆ Ａ。 ＲＰ
关键 词 ： 投非 制冷 红 外成像 技 术 ； 非制冷 红 外焦 平面 阵 列 ； 敏 电阻 ； 热 热释 电 ； 电堆 ； 一 热 热 电
ｓａ ｅｏ ｖ ｒ ｌ ｅ ｒ ｓ ｎ ａｉ ｅｕ ｃ ｏ ｅ ＲＦ Ａ ｒ ｕ ｔｔ ｆ ｅ ｅ ａ ｐ ｅ ｅ ｔ ｔ ｎ ｏ ｌｄ Ｉ Ｐ ａ ｅｓ ｍｍａ ｉ ｅ ． ｈ ｙ ａ ｅｔ ｅ ｍｉｔ ｒｍｏ ｅ ｐ ｒ ｅ ｅ ｔ ｃ ｓ ｒ ｖ ｒ ｄ Ｔ ｅ ｒ ｒ ｓｏ ｄ ， ｙ ｏ ｌｃ ｒ ｚ ｈ ｉ ｍ ｏ ｅ ｈ ｒ ｐ ｌ ｄ ，ｄ ｏ ｅ ｍｏ ｅ ｈ ｒ ｏ ｃ ｐ ｃ ｔ ｒ ｍｏ ｅ Ｉ Ｐ ａ ｄ ｏ ｔ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｕ ｃ ｏ ｅ ｄ ，ｔ ｅ ｍｏ ｉ ｍｏ ｅ ｉ ｄ ｄ ，ｔ ｅｍ － ａ ａ ｉ ｄ ＲＦ Ａ ｎ ｐ ｏ ｃ ａ ｉ ａ ｎ ｏ ｌｄ ｅ ｏ
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：
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团
－
： Ｎ冷红 外焦 平面 阵列 进展 Ｉ ￣
何 伟， 焦斌斌 ， 薛惠琼 ， 毅 ， 欧 陈大 鹏 ， 叶甜 春 ｆ 中科 院微 电子研 究所 硅器 件 与集 成技 术研 究 室 ， 北京 １０ ２） ０ ０９
第三章非制冷红外焦平面阵列原理
热敏材料
采用高灵敏度、低噪声的 热敏材料，如氧化钒、非 晶硅等。
微桥结构
设计优化的微桥结构，降 低热导，提高热响应时间 。
读出电路
低噪声、高灵敏度的读出 电路，实现微弱信号的提 取和放大。
热电堆技术
1 2
热电偶
利用热电偶的塞贝克效应，将温差转换为电信号 。
热电堆结构
多个热电偶串联或并联构成热电堆，提高输出电 压和灵敏度。
3
温度控制
精确控制热电堆的工作温度，实现最佳性能。
其他非制冷技术
热释电技术
利用热释电材料的自发极化现象，将温度变化转换为 电信号。
光学读出技术
通过光学方法读取红外辐射引起的温度变化，无需电 学读出电路。
新型二维材料技术
利用二维材料的优异热学和电学性能，开发高性能的 非制冷红外探测器。
市场规模持续增长
随着非制冷红外焦平面阵列技术的不断成熟和成本的降低，其市场 规模将持续增长。
多元化应用领域拓展
除了传统的军事和民用领域外，非制冷红外焦平面阵列还有望在智 能交通、环境监测等新兴领域得到广泛应用。
技术创新推动市场发展
随着新材料、新工艺等技术的不断创新和应用，非制冷红外焦平面 阵列的性能将不断提升，推动市场向更高层次发展。
第三章非制冷红外焦 平面阵列原理
汇报人：XX
目录
• 红外辐射与红外探测器概述 • 非制冷红外焦平面阵列核心技术 • 非制冷红外焦平面阵列性能参数及影响因
素 • 非制冷红外焦平面阵列制造工艺与封装技
术 • 非制冷红外焦平面阵列应用领域与市场前
景 • 总结与展望
01
红外辐射与红外探测器 概述
非制冷红外焦平面成像系统中SOC设计
关键词 非制冷红外焦平面阵列 ｒ 图法分类号 ｆ １ Ｔ ２４； Ｎ１
片上 系统 Ａ
非均匀性校正
文献标志码
在 红 外 图像 处 理 系 统 中 ， 着 像 元 数 目的 增 随
加 ， 级 图像处理 以及 图像 预 处 理 的压力 也 越 来 越 后
以 Ｉ ， 为基 础 ， 已有优 化 的子 系统甚 至 系统级 Ｐ复 ｝ ｝ ｊ 把 模 块纳 入到新 的 系统设 计 之 中 ， 现 了集成 电路设 实
⑧
２ １ Ｓｉ ｅｈ Ｅ ｇ ｇ ０ ０ ｃ Ｔ ｃ ． ｎ ｎ． ．
通 信 技 术
非 制 冷红 外焦 平 面成 像 系统 中 Ｓ ＯＣ设计
芦 浩 龙 华保 杜 玲 变
（ 海 航 天控 制 技 术 研 究 所 ， 海 ２０ ３ ） 上 上 ０２ ３
摘
要 非制冷红 外系统 中要求偏置 、 信号读 出电路体 积小， 由此提 出基 于片上系统 （ Ｏ ） Ｓ Ｃ 集成 的设计方法。详细描述 了该
２１ ０ ０年 ６月 ２日收 到
６ ８ ２８
科
学
技
术
与
Ｔ
程
ｌ Ｏ卷
３ ）设 计 中由于涵盖 了 ＭＣ Ｕ与可编程 的逻辑部 分， 因此在一 定程度上 提高 了调试 便捷性 。
２ １ 图像预 处理 系统 Ｓ ． ｏＣ的设计 预处 理 Ｓ Ｃ系 统 以 Ａ Ｔ Ｒ Ｏ Ｌ Ｅ Ａ公 司的 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ器
件 ＋ＳＡ ＣＶ Ｐ Ｒ ８处 理 器为 核 心 ， 接信 号 运 算放 大 外
１ 非制冷探测 器介绍
１ １ 非 制冷探测器 结构 ．
电路 ， 自动增 益控 制 电路 ， 噪声 滤 波 电路 ， Ｄ转 换 Ａ 器， 电源转换 模 块 ， 测 器 偏 压 输 出 电路 等 构 成 正 探 个 Ｓ Ｃ系统 ， 作 过 程 如下 ： Ｏ Ｏ 工 Ｓ Ｃ芯 片逻 辑 处 理 部 分提供 探测器 时序 信号 给 探测 器 ， 偏压 输 出 电路 提 供 探测器 需要 的 四路 偏 压 ， 探测 器 输 出 的模拟 图像
红外焦平面阵列简介
红外焦平面阵列简介自从赫谢尔利第一次发现了红外辐射以来，人们就开始不断运用各种方法对红外辐射进行检测，并根据红外光的特点而加以应用，相继制成了各种红外探测器。
进入20世纪后，红外探测器技术取得了惊人的进展，特别是冷战时期，军备竞赛各方投入巨资进行研究，突破了诸多难题，使红外探测器技术从30年代单一的PbS器件发展到现在的多个品种，从单元器件发展到目前焦平面信号处理的大型红外焦平面阵列。
红外焦平面阵列技术作为红外探测技术发展的一个里程碑，正在急速地拓展新的应用领域和市场，渗透到工业监测探测、执法、安全、医疗、遥感、设备等商业用领域，改变了其长期以来主要用于军用领域的状况。
红外焦平面阵列是红外系统及热成像器件的关键部件，是置于红外光学系统焦平面上，可使整个视场内景物的每一个像元与一个敏感元相对应的多元平面阵列红外探测器件，在军事领域得到了广泛应用，拥有巨大的市场潜力和应用前景。
目前许多国家，尤其是美国等西方军事发达国家，都花费大量的人力、物力和财力进行此方面的研究与开发，并获得了成功。
下面依次介绍其原工作原理、分类以及读出电路，并简述国内外发展情况以及展望其发展方向。
一、红外焦平面阵列原理焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。
二、红外焦平面阵列分类1、根据制冷方式划分根据制冷方式，红外焦平面阵列可分为制冷型和非制冷型。
制冷型红外焦平面目前主要采用杜瓦瓶快速起动节流致冷器集成体和杜瓦瓶斯特林循环致冷器集成体[5]。
由于背景温度与探测温度之间的对比度将决定探测器的理想分辨率，所以为了提高探测仪的精度就必须大幅度的降低背景温度。
当前制冷型的探测器其探测率达到～1011cmHz12W-1，而非制冷型的探测器为～109cmHz12W-1，相差为两个数量级。
制冷型及非制冷型红外探测器性能对比、应用领域分析
1 用于军事和科研领域的制冷型红外探测器发展情况适用于制冷型红外单色探测器的主流材料是InSb和碲镉汞。
InSb中波红外探测器技术相对成熟，比较容易做成低成本、大面积、均匀性好、高性能的探测器阵列。
但它也存在如工作温度不能提高等一些缺点。
适用于多波长探测的低温红外探测器的材料一般有三种，包括碲镉汞（HgCdTe）、量子阱（QWIPs）和Ⅱ类超晶格。
表6：制冷型红外探测器敏感材料对比敏感材料技术特点锑化铟技术成熟，成本较低，只能用于单色制冷红外探测器，军民大量应用，尤其以红外空空导弹为多。
碲镉汞通过改变镉的组份，可以精确的控制碲镉汞材料的禁带宽度，覆盖短波、中波和长波红外。
但是由于微小的组分偏差就会引起很大的带隙变化，其材料的稳定性、抗辐射特性和均匀性都相对较差，所以成品率较低，成本非常高。
量子阱生长技术成熟，并且生长面型均匀，受控性好；价格低廉、产量大、热稳定性高。
但其结构特殊性使得正入射光无法很好地被探测器吸收，致使量子阱探测器的量子效率并不理想。
Ⅱ类超晶格拥有较高的探测灵敏度，几乎可以与碲镉汞相媲美。
隧穿电流和暗电流均较小，对工作温度的要求相对宽松。
提高性能、缩小体积和降低成本是目前碲镉汞探测器的三大研究方向。
国内研究碲镉汞红外探测器的单位主要包括昆明物理研究所、高德红外。
昆明物理所从2006年就开始着手碲镉汞中波红外探测器的研发工作，并于2010年实现了量产。
2015年，昆明物理研究所量产的640×512中波红外探测器实现了在温度为110K，NETD为19.7mK，有效像元率为99.33%的技术指标，标志着我国中波探测器性能指标基本达到同一时期发达国家的技术水平。
据高德红外子公司高芯科技官网显示，该公司研制了国内最新款制冷型碲镉汞中波红外探测器CB12M MWIR，其面阵规格为1280×1024，像元尺寸为12μm，NETD小于20Mk（F2/F4）。
技术指标达到国内外顶尖水平。
基于MEMS的非制冷红外探测器读出电路的设计
Ｚ ＨＡＮＧ ａ ｇ Ｗ Ｕ ａ ｂ ＹＡＮＧ ｎ Ｓ Ｑｉｎ Ｘｉｏ ｏ Ｙａ ｇ ＵＮ ｉｎ Ｌａ ｇ
（ｎｔ ｕｅｏ ＶＬ ｓｇ Ｉ ｓｉ ｔ ｆ ＳＩＤｅｉ ｎ，Ｚ ｅｉｎ ｉｅｓｔ ｔ ｈ ｊａ ｇ Ｕｎｖ ｒｉ ｙ，Ｈａ ｇ ｈ ｕ，３ ０ ２ ，ＣＨＮ） ｎ ｚｏ １０ ７
关 键 词 ： 制 冷 红 外探 测 器 ； 非 微机 电系 统 ； 出 电路 读
中 图分 类 号 ： Ｎ４ ２ＴＮ２ ５ Ｔ ３； １
文献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ０３ １ （０ ０ ０—５ ００ １ ０—８ ９ ２ １ ）４０ ８— ５
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｓｇ ｆ ＲＯＩ ｉ Ｃ ｎ Ｕｎｃ ｏ ｅ ｎ ｒ ｒ ｄ Ｄｅ ｅ ｔ ｒ Ｂａ ｅ ｎ Ｍ ＥＭ Ｓ ｏ ｌｄ Ｉ ｆ ａ制冷设备 。 与此相 反 ． 制 非 冷 红外探 测 器 的成本 比光 量子 红外 探 测器 低 １ ２个 数 量级 ， 积小 。 ］体 由于其 性能要逊 于光 量子型 红外
红 外 探 测 技 术 在 现 代 军 事 和 民 用 领 域 中 取 得 了
探测 器 ， 以截止 到 上个世 纪 末 一直 没有 实 现大 规 所
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一种用于非制冷红外探测器的高速比较器
一种用于非制冷红外探测器的高速比较器陈力颖1，2，张博超1，2，李勇3，徐微1，2（1.天津工业大学电子与信息工程学院，天津300387；2.天津工业大学天津市光电检测技术与系统重点实验室，天津300387；3.台州国晶智芯科技有限公司，浙江台州318014）摘要：为了提高红外探测器模数转换的速度与精度，设计了一种用于非制冷红外焦平面阵列探测器片上14位10MSps 逐次逼近型模数转换器的高速比较器。
本比较器采用前置放大器、动态高速度锁存器和新型输出缓冲器的三联级结构，并通过输入、输出失调存储的方式对各级放大器进行失调电压消除，使比较器工作的速度与精度得到提高。
结果表明：基于TSMC 0.18滋m 1P6M 工艺进行设计与仿真，在电源电压为5V 的情况下，该比较器的采样速率为200MSps ，失调电压为32.63V ，传输延时为259ps ，-3dB 带宽为1.11GHz 。
该比较器相较于其他的设计，具有更小的失调电压以及传输延时，满足逐次逼近型模数转换器对其比较器速度与精度的要求。
关键词：非制冷红外探测器；模数转换器；高速比较器；失调电压；非制冷中图分类号：TN432文献标志码：A文章编号：员远苑员原园圆源载（圆园23）园4原园园57原06收稿日期：2022-01-01基金项目：天津市科技计划项目（18ZXCLGX0090）；天津市自然科学基金资助项目（18JCYBJC85400）通信作者：陈力颖（1976—），男，博士，副教授，主要研究方向为射频集成电路、模拟集成电路、数模混合集成电路。
E-mail ：136****************A high-speed comparator for uncooled infrared detectorsCHEN Liying 1，2，ZHANG Bochao 1，2，LI Yong 3，XU Wei 1，2（1.School of Electronics and Information Engineering ，Tiangong University ，Tianjin 300387，China ；2.Tianjin Key Laboratory of Optoelectronic Detection Technology and System ，Tiangong University ，Tianjin 300387，China ；3.Taizhou National Crystal Technology Co.，Ltd.，Taizhou 318014，Zhejiang Province ，China ）Abstract ：In order to improve the speed and accuracy of the infrared detector忆s analog-to-digital conversion袁a high-speedcomparator for the 14-bit 10MSps successive approximation analog-to-digital converter on the uncooled infrared focal plane array detector is designed.The comparator adopts a triple-stage structure of preamplifier袁dynamic high-speed latch and new output buffer袁and eliminates the offset voltage of each amplifier by means of input and output offset storage袁so that the speed and accuracy of the comparator work is improved.The results show that院based on TSMC 0.18滋m 1P6M process design and simulation袁when the power supply voltage is 5V袁the sam鄄pling rate of the comparator is 200MSps袁the offset voltage is 32.63V袁the transmission delay is 259ps袁and the -3dB bandwidth is pared with other designs袁this comparator has a smaller offset voltage andtransmission delay袁which meets the requirements of successive approximation analog-to-digital converters forits comparator speed and accuracy.Key words ：uncooled infrared detector曰analog-to-digital converter曰high-speed comparator曰offset voltage曰uncooled近年来，非制冷红外探测器在工农业、医疗、安防以及军事等多个领域得到了大范围的应用，使非制冷红外探测器进入到快速发展阶段[1]。
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10微米非制冷红外焦平面阵列芯片
10微米非制冷红外焦平面阵列芯片是一种用于红外光学成像
的核心元件。
它由许多微小的像素组成，每个像素可以感测并记录其对应区域的红外辐射。
这些芯片的像素尺寸为10微米，说明每个像素的尺寸仅为10微米，非常微小。
与制冷红外焦平面阵列芯片不同，10微米非制冷红外焦平面
阵列芯片无需冷却，可以直接在室温下工作。
这使得它在成本和实用性方面都具有优势。
这种芯片通常由硅基材料制成，并采用特殊的红外感测器技术，使其能够在红外波段范围内工作。
10微米非制冷红外焦平面阵列芯片广泛应用于军事、安防、
工业检测、医疗和消费电子等领域。
它们可以用于红外夜视设备、红外热成像仪、红外热测温仪等设备中，帮助人们观察红外辐射并获取相关信息。
总的来说，10微米非制冷红外焦平面阵列芯片是一种重要的
红外光学成像技术，具有较低的成本和更广泛的应用领域。
通过非制冷技术，它们可以在常温下工作，并在多个行业中发挥关键作用。