High performance readout electronics for uncooled infrared detector arrays
Soğutmasız kızılötesi detektör dizinleri için yüksek performanslı okuma elektroniği
- Tez No: 180893
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Soğutmasız kızılötesi okuma elektroniği, direnç tipimikrobolometreler için okuma devreleri, eşdeğersizlik telafi etme, Uncooled infrared readout electronics, readout circuits for resistivemicrobolometers, nonuniformity compensation
- Yıl: 2006
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- 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
- Development of high performance uncooled infrared detector materials
Yüksek performanslı soğutmasiz kızılötesi duyarga malzemelerinin gelistirilmesi
BAŞAK KEBAPÇI
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAŞİT TURAN
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- 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
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- A High fill factor CMOS uncooled infrared microbolometer detector
Yüksek etkin alanlı CMOS soğutmasız kızılötesi mikrobolometre dedektörü
MAHMUD YUSUF TANRIKULU
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAYFUN AKIN
- 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
2007
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Development of small size uncooled infrared microbolometer pixel
Minyatür soğutmasız kızılötesi mikrobolometre pikseli geliştirilmesi
BARAN UTKU TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
PROF. DR. RAŞİT TURAN