Geri Dön

High performance readout electronics for uncooled infrared detector arrays

Soğutmasız kızılötesi detektör dizinleri için yüksek performanslı okuma elektroniği

  1. Tez No: 180893
  2. Yazar: ÖMER ÖZGÜR YILDIRIM
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Soğutmasız kızılötesi okuma elektroniği, direnç tipimikrobolometreler için okuma devreleri, eşdeğersizlik telafi etme, Uncooled infrared readout electronics, readout circuits for resistivemicrobolometers, nonuniformity compensation
  7. Yıl: 2006
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 169

Özet

Bu tezde soğutmalı kızıl ötesi görüntülemede kullanılan direnç tipimikrobolometre detektör dizinleri için yüksek performanslı okumaelektroniğinin geliştirilmesi anlatılmaktadır. Üç farklı okuma yongasıtasarlanmış ve bu yongalar standart 0.6 µm CMOS üretim sürecindeürettirilmiştir. Üretilen yongalar kapasitif transempedans yükseltici (KTEY)türü okuma devresini, direnç eşdeğersizliğini telafi etme özelliğine sahip yeni birokuma devresini ve KTEY türü devrenin geliştirilmiş yeni bir modeliniiçermektedir.Üretilen KTEY türü okuma devresi, iki adet detektör ve referans dirençlerinineğimleme akımlarını ayarlayarak direnç eşdeğersizliğini telafi eden çokluanalog çıkışı olan sayısal-analog çevirici (SAÇ) devresi kullanmaktadır. Telafiedilmiş detektör akımı ise bir örnekle-ve-tut devresinin izlediği anahtarlamalıkapasitör entegratörü tarafından integre edilmektedir. Ölçülen dedektör akımıgürültüsü 2.6 KHz elektriksel band aralığında 47.2 pA olup beklenen işaretgürültü oranı (İGO) 530'dur.Dinamik eşdeğersizlik telafi etme devresi, detektör ve referans dirençlerinineğimleme akımlarını dinamik olarak değiştiren bir geri besleme devresikullanır. Devrenin özel bir tarafı ise detektör ve referans dirençlerinin sıcaklıkdeğişikliği yüzünden zamanla değişebilen direnç değerlerini devamlı olaraktelafi edebilmesidir. Üretilen yonganın test sonuçları, devrenin dirençeşdeğersizliği yüzünden oluşan ofset akımını 42.5'te birine düşürdüğünügösterir. Fakat hesaplanan detektör akımı gürültüsü 360 pA olup bu gürültüdevrenin İGO'sunu 70 ile sınırlandırır.Geliştirilmiş KTEY türü okuma devresi, akımı daha iyi kontrol edebilmek içinfazladan yardımcı eğimleme transistörü kullanan yeni bir detektör eğimlemeyöntemi sunmaktadır. Geliştirilmiş okuma devresi, yüksek çözünürlüktekiSAÇ'lere olan gereksinimi azaltarak devrenin alanını önemli ölçüdeazaltmaktadır. Bu devre ilk tasarımın yedide biri bir alanı kaplar. Testsonuçlarına göre akım telafi etme oranı 170 olup dedektör akımı gürültüsü2.6 KHz band aralığında 48.6 pA'dır.

Özet (Çeviri)

This thesis reports the development of high performance readout electronics forresistive microbolometer detector arrays that are used for uncooled infraredimaging. Three different readout chips are designed and fabricated by using astandard 0.6 µm CMOS process. Fabricated chips include a conventionalcapacitive transimpedance amplifier (CTIA) type readout circuit, a novelreadout circuit with dynamic resistance nonuniformity compensation capability,and a new improved version of the CTIA circuit.The fabricated CTIA type readout circuit uses two digital-to-analog converters(DACs) with multiple analog buses which compensate the resistancenonuniformity by adjusting the bias currents of detector and reference resistors.Compensated detector current is integrated by a switched capacitor integratorwith offset cancellation capability followed by a sample-and-hold circuit. Themeasured detector referred current noise is 47.2 pA in an electrical bandwidthof 2.6 KHz, corresponding to an expected SNR of 530.The dynamic nonuniformity compensation circuit uses a feedback structure thatdynamically changes the bias currents of the reference and detector resistors. Aspecial feature of the circuit is that it provides continuous compensation for thedetector and reference resistances due to temperature changes over time. Testresults of the fabricated circuit show that the circuit reduces the offset currentdue to resistance nonuniformity 42.5 times. However, the calculated detectorreferred current noise is 360 pA, which limits the circuit SNR to 70.The improved CTIA type readout circuit introduces a new detector biasingmethod by using an additional auxiliary biasing transistor for better currentcontrollability. The improved readout circuit alleviates the need for highresolution compensation DACs, which drastically decreases the circuit area.The circuit occupies an area of one seventh of the first design. According to testresults, the current compensation ratio is 170, and the detector referred currentnoise is 48.6 pA in a 2.6 KHz bandwidth.

Benzer Tezler

  1. Development of high performance uncooled infrared detector materials

    Yüksek performanslı soğutmasiz kızılötesi duyarga malzemelerinin gelistirilmesi

    BAŞAK KEBAPÇI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. RAŞİT TURAN

    PROF. DR. TAYFUN AKIN

  2. A monolithic readout circuit for large format uncooled infrared detector focal plane arrays

    Büyük formatlı soğutmasız kızılötesi dedektör odak düzlem matrisleri için entegre okuma devresi

    MURAT TEPEGÖZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAYFUN AKIN

  3. A High fill factor CMOS uncooled infrared microbolometer detector

    Yüksek etkin alanlı CMOS soğutmasız kızılötesi mikrobolometre dedektörü

    MAHMUD YUSUF TANRIKULU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2002

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TAYFUN AKIN

  4. An uncooled infrared microbolometer detector array using surface micromachined mems technology

    Yüzey mikroişleme mems teknolojisi ile soğutmasız kızılötesi mikrobolometre detektör dizini

    MAHMUD YUSUF TANRIKULU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2007

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAYFUN AKIN

  5. Development of small size uncooled infrared microbolometer pixel

    Minyatür soğutmasız kızılötesi mikrobolometre pikseli geliştirilmesi

    BARAN UTKU TEKİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAYFUN AKIN

    PROF. DR. RAŞİT TURAN