读出电路噪声分析

关于遥感卫星TDICCD相机动态范围设计的思考遥感卫星TDICCD相机动态范围设计的思考随着科学技术的发展，遥感技术在军事、民用、资源环境、地理信息等诸多领域得到了广泛的应用。

作为遥感技术的核心组成部分之一，TDICCD相机在遥感卫星中起着至关重要的作用。

在TDICCD相机设计中，动态范围的设置是至关重要的一环。

本文将对遥感卫星TDICCD相机动态范围设计进行初步探索。

动态范围概念动态范围是相机成像质量的重要指标之一。

在光学成像中，动态范围是指系统的输出动态范围和输入动态范围的比值。

该值反映了光电转换效率，即相机的信噪比。

动态范围的设计为了满足遥感卫星的实际应用需求，TDICCD相机的设计需要充分考虑到动态范围。

在实际应用中，遥感卫星要求在拍摄大气光线强烈变化的情况下，对地物进行高分辨率成像，同时保证图像的信噪比。

因此，在设计TDICCD相机的动态范围时，需要综合考虑多种因素，包括成像系统的性能、输入信号的幅度和数量、光电转换器件的特性等等。

具体来说，遥感卫星TDICCD相机的动态范围需要保证以下几个方面：1. 适当的输入信号幅度范围。

输入信号的幅度越大，相机的动态范围就越大。

因此，相机的设计需要尽量扩大输入信号幅度范围，以满足实际应用需求。

2. 适当的电荷传输速度。

在元器件上，要求相机在传感器输出的信号下降到1/2时，仍能够进行清晰成像，这就需要相机具备足够快的电荷传输速度来保证图像清晰。

3. 适当的放大倍数。

相机的设计要考虑光电转换器件的特性，以确定合理的放大倍数。

合理的放大倍数能够最大限度地利用传感器的输入信号，从而实现更高的成像分辨率和更佳的信噪比。

4. 适当的系统噪声。

系统噪声是相机设计中不可避免的因素之一。

因此，相机的设计需要尽量减小系统噪声，从而保证图像的清晰度。

总结综上所述，遥感卫星TDICCD相机的动态范围设计是相机设计中的重要因素之一。

在设计中需要考虑多种因素，包括输入信号幅度范围、电荷传输速度、放大倍数、系统噪声等等。

锑化铟红外探测器的制备工艺与器件性能分析摘要：红外探测技术在军事、医疗、安防、环境监测等领域具有广泛的应用。

目前市场上使用的红外探测器主要包括碲镉汞、铟稼砷等材料。

然而，这些材料存在着某些缺点，如高成本、毒性、热电堆效应等。

因此，寻找新的红外材料和探测器结构具有重要的意义。

关键词：锑化铟；红外探测器；制备工艺；器件性能；分析1锑化铟红外探测器的制备工艺1.1锑化铟材料选择和准备①材料选择：选择高纯度的锑化铟原料，确保材料的质量和纯度。

一般来说，优质的锑化铟应具有高晶格完整性和低杂质含量，以获得优异的光电性能。

进行材料的表征和分析，例如X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）等，以确定材料的结晶质量和纯度。

②锑化铟前驱体制备：先进的制备方法包括气相外延法（VPE）和分子束外延法（MBE）。

这些技术可以制备出高质量的锑化铟薄膜。

在VPE中，将锑化铟原料（如锑化铟和碲化铟）放置在反应室中，在适当的反应条件下进行生长。

在MBE中，使用分子束源蒸发锑化铟原料，通过对衬底表面进行分子束轰击和生长控制，得到锑化铟薄膜。

③锑化铟前驱体准备：锑化铟前驱体的制备可以使用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）等技术。

在CVD中，化学反应源物质通过气体化学反应在衬底表面生成锑化铟薄膜。

常用的前驱体有有机金属化合物，如三甲基锗甲酮和叔丁基金属化合物等。

在PVD中，通过蒸发和沉积的方法，从固体源材料中释放锑化铟原子或分子，并在衬底上形成薄膜。

④前驱体处理和表征：经过前驱体制备后，需要对前驱体进行处理和表征，以确保其适于锑化铟红外探测器的制备工艺。

可以使用表面处理方法，例如等离子体清洗、酸洗、热退火等，以去除杂质和提高薄膜质量。

1.2锑化铟薄膜的生长①生长方法：常见的锑化铟薄膜生长方法包括分子束外延法（MBE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和蒸发沉积等。

不同的方法具有不同的特点和适用条件，可以根据实际需求选择合适的生长方法。

2X8低噪声InGaAs/InPAPD读出电路设计0引言在红外通信的1310〜1550nm波段，高灵敏度探测材料主要有Ge—APD和InGaAs/InPAPD，两者相比较，InGaAs/InPAPD具有更高的量子效率和更低的暗电流噪声。

In0.53Ga0.47As/InPAPD采用在n+-InP衬底上依次匹配外延InP缓冲层、InGaAs吸收层、InGaAsP能隙渐变层、InP电荷层与InP顶层的结构。

APD探测器的最大缺点是暗电流相对于信号增益较大，所以设计APD读出电路的关键是放大输出弱电流信号，限制噪声信号，提高信噪比。

选择CTIA作为读出单元，CTIA是采用运算放大器作为积分器的运放积分模式，比较其他的读出电路，优点是噪声低、线性好、动态范围大。

1工作时序和读出电路结构作为大阵列面阵的基础，首先研制了一个2X8读出电路，图1给出了该电路的工作时序，其中Rl、R2为行选通信号；Vr为复位信号；SHl、SH2是双采样信号；C1、C2、…、C8为列读出信号。

电路采用行共用的工作方式，R1选通（高电平）时，第一行进行积分，SH1为高电平时，电路进行积分前采样，SH2为高电平时，进行积分结束前的采样，C1、C2、…、C8依次为高电平，将行上的每个像元上信号输出；然后R2为高电平，重复上面的步骤，进行第二行的积分和读出。

图2是2X8读出电路的结构框图，芯片主要由行列移位寄存器、CTIA和CDS单元组成，图中用虚线框表示：移位寄存器单元完成行列的选通，CTIA功能块将探测器电流信号按行进行积分，CDS功能块能抑制电路的噪声，如KTC(复位噪声)、FPN(固定图形噪声)等；FPGA主要产生复位信号(Vr)和采样信号(SH1、SH2)，触发电路的复位和采样动作，C8为该组信号的触发信号，解决和芯片内行列选通信号同步问题。

读出电路芯片照片(2mmx2mm) 为了便于和读出电路的连接仿真，首先根据器件特性建立了器件的电路模型，如图3(a)中的虚线框所示，其中Idet、Rdet、Cdet分别表示器件的光电流、阻抗、寄生电容。

红外热像仪的空间噪声和时间噪声分析马宁;刘莎;李江勇【摘要】噪声特性是衡量红外热像仪的一个重要指标.本文对热像仪的噪声来源和影响因素进行了分析,并通过实验分别计算了实测图像的空间噪声和时间噪声.实验结果表明了在实际观测过程中,图像的空间噪声通常要大于时间噪声,而且空间噪声在热像仪经过非均匀性校正之后的一段时间内会逐渐增大,而时间噪声不会有明显变化.基于时间噪声小于空间噪声且不随时间变化的特点,为红外图像中的目标检测提出了新的思路.%Noise characteristic is an important indicator for evaluating an infrared thermal imager.The sources and influence factors of noise were analyzed,and the spatial noise and temporal noise of the real images were calculated through the experiment.The results show that the spatial noise is usually greater than the temporal noise,and the spatial noise gradually increases after nonuniform correction of infrared thermal imager,while temporal noise has no obvious change.This characteristic provides new thoughts for target detection in infrared images.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2017(047)006【总页数】5页(P717-721)【关键词】噪声;热像仪;红外;焦平面探测器【作者】马宁;刘莎;李江勇【作者单位】华北光电技术研究所,北京 100015;北京市复兴路14号80分队,北京100843;华北光电技术研究所,北京 100015【正文语种】中文【中图分类】TN219噪声特性是衡量红外热像仪的一个重要指标。

惠斯通电桥温度传感器读出电路的研究与设计谭荣,张磊1,张磊2,廖旭阳,李蓝(成都嘉纳海威科技有限责任公司)摘要:温度传感器应用非常广泛,从工业生产温度监控到生活家电温度监测处处存在。

基于铂电阻的惠斯通电桥温度传感器因其可测范围宽而被广泛应用。

由于集成电路系统功能越来越丰富,对于温度传感器的读出电路如果输出数字表征量,系统可以简单读取即可得到被测物品或者环境的温度,大大简化了系统设计。

本文利用开关电容放大器,将惠斯通电桥温度传感器输出的弱电压信号放大,然后经过Si gm a D el t a A D C和数字滤波器转换成数字信号,最后通过I2C输出16bi t的精确表征温度的数字信号。

设计时先采用M at l ab建模,得到s i gm a del t a A D C的系数,然后采用SM I C0.18μm工艺实现具体电路,芯片供电电源3.3V。

仿真结果表明,输出的数字信号能精确地表征绝对温度值。

关键词:惠斯通电桥;铂电阻;温度传感器;开关电容放大器;Si gm a D el t a A D CAbstract:Tem per at ur e s ensor s ar e wi del y us ed,r angi ng f r om i ndust r i al pr oduct i on t em per at ur e m oni t or i ng t o hous ehol d appl i ances t em per at ur e m oni t or i ng.W heat s t one br i dge t em per at ur e s ens or bas ed on pl at i num r es i s-t ance i s w i del y us ed becaus e ofi t s w i de m eas ur i ng r ange.A s t he f unct i on of i nt egr at ed ci r cui t s ys t em i s m or e and m or e abundant,i ft he r eadoutci r cui toft em per at ur e sens orout put s di gi t als i gnal,t he s ys t em can s i m pl y r ead t he t em per at ur e oft he obj ector envi r onm entt o be m eas ur ed,w hi ch gr eat l y s i m pl i f i es t he s ys t em des i gn.I n t hi s paper,a s wi t ched capaci t oram pl i f i eri s used t o am pl i f y t he weak vol t age s i gnalf r om W heat st one br i dge t em per-at ur e s ens or,and t hen conver t ed i nt o di gi t als i gnalt hr ough s i gm a del t a A D C and di gi t alf i l t er.Fi nal l y,a16bi t di gi t al i z ed t em per at ur e s i gnali s out putby I2C.I n t he des i gn,M A TLA B i s us ed t o f i ni s h t he s ys t em desi gn and gett he coef f i ci entofs i gm a del t a A D C.Then t he r ealci r cui tbased on SM I C0.18um t echnol ogy i s r eal i z ed wi t h cadence s of t w ar e.The r eadout ci r cui t adopt s3.3V pow er s uppl y.The si m ul at i on r es ul t s s how t hat t he out put di gi t als i gnalcan accur at el y char act er i z e t he abs ol ut e t em per at ur e val ue.Key words:W heat s t one br i dge;pl at i num r esi s t ance;t em per at ur e s ensor;swi t ched capaci t oram pl i f i er;Si gm a D el t a A D C引言铂电阻温度传感器(R TD)是利用金属铂在温度变化时自身电阻值也随之改变的特性来测量温度, R TD是最精确和最稳定的温度传感器,它的线性度优于热偶和热敏电阻。

详解电容式MEMS麦克风读出电路设计电容式MEMS麦克风是一种利用电容效应来转换声音信号为电信号的传感器。

在电容式MEMS麦克风读出电路设计中，主要涉及到麦克风传感器的电容体模型、电源电路设计、放大电路设计和输出电路设计。

首先，电容式MEMS麦克风的电容体模型是设计读出电路的基础。

电容体模型主要由电容Cm、电感Lm和电阻Rm组成。

简化的电容体模型可以看作是一个由电容和电感串联组成的二阶低通滤波器。

麦克风产生的声音信号将通过电容体模型转换为电信号。

其次，设计电容式MEMS麦克风的电源电路。

电源电路需要为麦克风提供稳定的工作电压，通常使用直流电源供电。

为了提供电源的稳定性和低噪声，可以采用电容隔离、滤波和稳压等技术。

同时，为了节省能量，还可以采用睡眠模式或自适应电源管理技术。

接下来是放大电路的设计。

放大电路用于增强从麦克风读取的微弱电信号，通常采用运放放大器进行放大。

放大电路的设计需要考虑增益、带宽、噪声等因素。

为了提高放大电路的性能，可以采用差分输入和共模抑制技术，减小噪声和失真。

最后是输出电路的设计。

输出电路将放大后的信号转换为麦克风读出电路的输出。

根据应用需求，可以选择输出为模拟电压信号或数字信号。

模拟输出可以直接连接到后续电路或设备，或者通过ADC转换为数字信号。

数字输出通常采用I2S、SPI等接口。

此外，在设计电容式MEMS麦克风读出电路时，还需要考虑一些其他因素。

例如，麦克风的灵敏度、频率响应、噪声级别等。

为了提高系统的性能，可以采用信号处理技术，如滤波、降噪、自适应增益控制等。

综上所述，电容式MEMS麦克风读出电路设计涉及到电容体模型、电源电路、放大电路和输出电路的设计。

通过合理选择和设计这些电路，可以实现对麦克风信号的有效读取和处理，满足不同应用场景的需求。

光电传感器中的噪声特性分析与优化研究首先，我们来分析光电传感器中可能存在的噪声源。

在光电传感器中，主要包括以下几种噪声：光电转换噪声、电子噪声、环境噪声、随机噪声和系统噪声等。

光电转换噪声是由于光信号转换为电信号时引入的噪声。

它主要由光电传感器中的光敏元件引起。

例如，光电二极管的光电流引入了噪声，而光电倍增管则引入了电子增益噪声。

电子噪声是由于电子元件本身的热激发引起的。

在光电传感器中，放大器和滤波器等电路元件也会引入一定的电子噪声。

这种噪声通过电路元件的热激发产生，其大小与温度相关。

环境噪声是由周围环境中的各种干扰因素引起的，如电磁辐射噪声、机械振动噪声等。

这些噪声会进入光电传感器系统中，影响信号的准确性。

随机噪声是由于统计不确定性引起的，它包括了量子噪声和读出噪声等。

量子噪声是由于光信号的波动性引起的，它是不可避免的。

读出噪声主要由于数据采集和数字转换引起。

系统噪声是由于光电传感器系统本身的不完善造成的。

例如，传感器的不均匀性、混叠效应等都会引入一定的系统噪声。

针对光电传感器中的噪声特性，可以采取一系列措施进行优化。

首先，可以采用信噪比（SNR）增强技术来提高系统的噪声性能。

例如，在光电转换过程中，可以选择高灵敏度的光敏元件，减小光电转换过程中引入的噪声。

同时，还可以采用低噪声放大器、滤波器等元件来减小电子噪声的影响。

其次，可以通过环境控制来减小环境噪声的影响。

例如，在光电传感器的设计中，可以采取屏蔽措施来减少电磁辐射噪声的干扰。

此外，还可以采用机械减振技术来减小机械振动噪声的影响。

此外，对于随机噪声和系统噪声，可以采取信号处理方法进行优化。

例如，在信号采集和数字转换过程中，可以采用滤波算法来降低读出噪声的影响。

对于系统噪声，可以采用校正算法进行修正，减小其对信号的影响。

综上所述，光电传感器中噪声特性的分析与优化研究对于提高传感器的测量精度具有重要意义。

通过合理选择元件、优化设计和信号处理等手段，可以降低各种噪声对光电传感器的影响，从而提高测量精度和系统的可靠性。

CCD工作原理引言概述：CCD（Charge-Coupled Device）是一种常用于图像传感器的技术，它可以将光能转化为电信号。

CCD工作原理的理解对于了解数字图像处理和摄影技术都至关重要。

本文将详细介绍CCD工作原理的五个部分。

一、光电转换1.1 光电效应1.2 光电二极管1.3 光电二极管的工作原理二、电荷传输2.1 电荷耦合2.2 垂直传输2.3 水平传输三、电荷积分3.1 电荷积分器3.2 定积分时间3.3 动积分时间四、读出电路4.1 多通道读出4.2 串行读出4.3 并行读出五、噪声和增益5.1 热噪声5.2 暗电流噪声5.3 增益控制正文内容：一、光电转换1.1 光电效应：光电效应是指当光射到物质上时，能量转化为电子的现象。

在CCD中，光子通过碰撞物质表面的电子，将光能转化为电能。

1.2 光电二极管：光电二极管是一种用于光电转换的器件。

当光子射到光电二极管的PN结上时，会产生电子-空穴对，并在电场的作用下分离，形成电流。

1.3 光电二极管的工作原理：光电二极管的工作原理基于PN结的特性。

当光子射到PN结上时，会激发电子从价带跃迁到导带，形成电流。

这个电流与入射光的强度成正比。

二、电荷传输2.1 电荷耦合：CCD中的电荷耦合是指将光电二极管中产生的电荷传输到储存区域的过程。

通过控制电压，将光电二极管中的电荷传输到相邻的电容中。

2.2 垂直传输：垂直传输是指将电荷从光电二极管传输到储存区域的过程。

通过改变电压，电荷会从一个电容传输到另一个电容，直到传输到储存区域。

2.3 水平传输：水平传输是指将储存区域中的电荷传输到读出电路的过程。

通过改变电压，电荷会从储存区域传输到读出电路中，完成信号的读取。

三、电荷积分3.1 电荷积分器：电荷积分器是用于对传输到储存区域的电荷进行积分的电路。

它将电荷转化为电压，并通过电容的积分来实现电荷的累加。

3.2 定积分时间：定积分时间是指电荷积分器进行积分的时间。

MEMS麦克风读出电路设计方案1 引言与传统的驻极体电容式麦克风相比，电容式MEMS麦克风具有以下优势：1) 性能稳定，温度系数低，受湿度和机械振动的影响小；2) 成本低廉；3) 体积小巧，电容式MEMS麦克风的背极板和振膜仅有最小的驻极体电容式麦克风的1/10左右；4) 功耗更低。

以上几方面的优势使电容式MEMS麦克风得到越来越广泛的应用。

然而，电容式MEMS麦克风也给设计人员提出了挑战：1) 麦克风在声压作用下产生的小信号幅度非常微小，要求读出电路的噪声极低；2) 电容式MEMS麦克风的静态电容是pF 量级，读出电路需要GΩ量级的输入电阻才能实现极点频率低于20Hz的高通滤波器，因此，高阻值电阻的实现是读出电路的又一挑战；3) 电容式MEMS麦克风通常应用于电池供电的产品，因此低功耗设计也是读出电路设计时必须考虑的约束。

基于以上考虑，在分析电容式MEMS麦克风工作原理的基础上，提出了一种低功耗、低噪声、高分辨率的电容式MEMS麦克风读出电路。

2 电容式MEMS麦克风2.1 工作原理电容式MEMS麦克风的主要结构包括一个薄而有弹性的声学振膜及一个刚性的背极板。

振膜、背极板以及它们之间的空气隙共同组成一个平行板电容器式中，C为电容量，S为极板的面积，Q是极板间的电压为V时存储的电荷量，ε是极板问介质(空气)的介电常数，z为两极板间的距离。

当dP大小的声压变化作用于振膜时，将引起两极板间的电压变化：因为dx∝dP，所以输出电压dV∝dP。

这就是电容式MEMS麦克风的声电转换工作原理。

这一原理成立的条件是：在声电转换过程中，必需保持麦克风电容所储电荷量Q不变，因此需要外加一个稳定的直流电压给电容充电，使之保持恒定的充电状态。

这一功能由电荷泵来实现。

2.2 麦克风读出电路结构。

数字相机像传感器CCD读取电路的工作原理数字相机的发展已经成为人们记录生活、捕捉美好瞬间的重要工具。

而数字相机中的一项核心技术就是CCD（电荷耦合器件）传感器的读取电路。

本文将详细介绍数字相机中CCD读取电路的工作原理。

一、CCD传感器简介CCD传感器是数字相机中最常用的图像传感器类型之一。

它由大量光敏元件组成，能够将光信号转化为电信号，并通过读取电路进行处理和输出。

CCD传感器具有高灵敏度、低噪声等优点，能够提供清晰、细腻的图像。

二、CCD传感器的工作原理1. 光的转换过程当光线通过相机镜头进入CCD传感器时，首先经过光电转换器件，如光电二极管或光电晶体管，将光信号转化为电荷信号。

光电转换器件的灵敏度决定了CCD传感器对光线的捕捉能力。

2. 电荷耦合过程光电转换后的电荷信号被送入CCD的感光单元。

感光单元是由一系列光电二极管或光电晶体管组成的，它们按矩阵排列在CCD芯片上。

在感光单元中，电荷信号经过电荷耦合器件传递，形成一行或一列的电荷。

3. 电荷传输过程经过电荷耦合的信号被传输至CCD芯片的垂直传输器件，再由水平传输器件进行左移或右移操作。

这样，电荷信号就能够逐行或逐列地传输至CCD芯片的输出端。

4. 电荷读取过程CCD芯片的输出端接入倒置放大器，倒置放大器能将电荷信号转换为电压信号，并进行放大。

电压信号经过模数转换器（ADC），最终转化为数字信号，供数码相机的处理单元进行图像处理和存储。

三、CCD的读取电路设计要点为了实现高质量的图像捕捉，CCD读取电路的设计需要考虑以下几个要点：1. 噪声控制：由于CCD传感器的读取过程中存在各种噪声源，如暗电流、读出电路噪声等，因此需要对噪声进行合适的抑制和屏蔽，以提高图像质量。

2. 动态范围：CCD传感器需要有足够的动态范围，以确保在高光和低光条件下都能准确记录图像。

动态范围的设计需要兼顾亮部和暗部的细节显示。

3. 速度和帧率：数字相机的实时影像捕捉需要高帧率和快速传输速度。

2×8低噪声InGaAs／InP APD读出电路设计0 引言在红外通信的1 310～1 550 nm波段，高灵敏度探测材料主要有Ge—APD和InGaAs／InP APD，两者相比较，InGaAs／InP APD具有更高的量子效率和更低的暗电流噪声。

In0.53Ga0.47As／InP APD采用在n+-InP衬底上依次匹配外延InP缓冲层、InGaAs吸收层、InGaAsP能隙渐变层、InP电荷层与InP顶层的结构。

APD探测器的最大缺点是暗电流相对于信号增益较大，所以设计APD读出电路的关键是放大输出弱电流信号，限制噪声信号，提高信噪比。

选择CTIA作为读出单元，CTIA是采用运算放大器作为积分器的运放积分模式，比较其他的读出电路，优点是噪声低、线性好、动态范围大。

1 工作时序和读出电路结构作为大阵列面阵的基础，首先研制了一个2×8读出电路，图1给出了该电路的工作时序，其中Rl、R2为行选通信号；Vr为复位信号；SHl、SH2是双采样信号；C1、C2、…、C8为列读出信号。

电路采用行共用的工作方式，R1选通(高电平)时，第一行进行积分，SH1为高电平时，电路进行积分前采样，SH2为高电平时，进行积分结束前的采样，C1、C2、…、C8依次为高电平，将行上的每个像元上信号输出；然后R2为高电平，重复上面的步骤，进行第二行的积分和读出。

图2是2×8读出电路的结构框图，芯片主要由行列移位寄存器、CTIA和CDS单元组成，图中用虚线框表示：移位寄存器单元完成行列的选通，CTIA功能块将探测器电流信号按行进行积分，CDS功能块能抑制电路的噪声，如KTC(复位噪声)、FPN(固定图形噪声)等；FPGA主要产生复位信号(Vr)和采样信号(SH1、SH2)，触发电路的复位和采样动作，C8为该组信号的触发信号，解决和芯片内行列选通信号同步问题。

为了便于和读出电路的连接仿真，首先根据器件特性建立了器件的电路模型，如图3(a)中的虚线框所示，其中Idet、Rdet、Cdet分别表示器件的光电流、阻抗、寄生电容。