作者：信息產業部電子第44研究所 程開富 來源：《國外電子元器件》

摘要：介紹了紅外焦平面陣列信號處理電路的發展概況。重點描述了ccd多路傳輸器（ccd-mux）、時間延遲積分ccd（tdi-ccd）、mosfet、cmos多路傳輸器（cmos-mux）的基本結構、工作方式及應用領域。最后給出了多路傳輸器件的兩種應用電路。 關鍵詞：多路傳輸器 紅外探測器 紅外焦平面陣列 信號處理電路 未來紅外系統（如熱成像系統、導引系統、監視系統）中的信號探測幾乎都將建立在紅外探測器焦平面陣列的基礎上。利用紅外焦平面陣列（irfpa）可簡化或取消光機掃描以改善系統性能。紅外焦平面陣列器件是把包含大量敏感元且需恒低溫操作的器件封裝起來的新型結構。在這種新式結構中，由紅外探測器（ird）輸出的電信號的處理是在焦平面上完成的。人們通常把信號處理在探測器的同一塊襯底上進行的方式稱為單片式irfpa紅外處理方式，而把紅外探測器（ird）分別制備在不同襯底上，然后進行錮柱倒裝互連而成方式稱為混合式irfpa。紅外探測器（ird）有各種不同的類型，如光伏型（pv）銻化銦ird、光導型（pc）、hgcdte、pbs、pbse、phsnteird、金屬硅化物（pd2si、ptsi、irsi）二肖特基勢壘紅外探測器（sbird）、異質結勢壘（sige/si）內光電發射ird、超晶格量子阱（algaas/gaas、sige/si）ird等。同時，它們也有各種不同的信號處理電路，如sccd、bccd、mccd、scd、tdi-ccd、mosfet開關、cmos靜態（或準靜態）移位寄存器多路傳輸器（cmos-mux）等。這種信號處理電路是目前單片式（cmos-mux）等。這些信號處理電路是目前單片式（或混合式）紅外焦平面陣列常用的紅外信號處理器件。到目前為止，作為紅外焦平面陣列用的信號處理電路都是用硅材料制作的。因為采用硅以外的材料制造高性能信號處理電路在技術上尚有很大的困難。 為了研制性能優良的紅外系統，在紅外焦平面陣列（irfpa）的研制中，除了成熟的紅外探測器（ird）制備工藝外，設計和研制信號處理電路是改善irfpa性能的最關鍵因素。信號處理電路主要的設計要求是電荷存貯容量高，轉移效率高、噪聲低、功耗低，具有背景抑制和多路傳輸等功能。而且在irfpa內紅外探測器將入射光子轉換為電荷后，產生的信號電荷必須能夠注入到信號處理電路以便多路輸出。 下面簡要介紹幾種信號處理電路的基本結構、工作方式以及應用領域。 1 紅外焦平面陣列用信號處理電路 1.1 硅ccd多路傳輸器 硅ccd多路傳輸器（siccd-mux）的電路原理如圖1所示，圖中t1、t2……，tn為輸入信號的n個抽頭。siccd-mux的主要功能是在紅外熱成像系統中將一行若干個（16、32、64、128、256、…等）紅外探測器并行輸出信號轉換為串行輸出信號。其主要優點是噪聲低、靈敏度高和工作頻率高。由于所有輸入信號都經過一個低噪聲，高靈敏度的電荷檢測器輸出，因此輸出信號的不均勻性比較容易解決。 siccd-mux不僅可以與光導型hgcdte長波紅外探測器相匹配，而且也可以在先進的第二代紅外探測系統中與光伏型hgcdte紅外探測器（pvhgcdte-ird）相匹配[1]，由于這種匹配是采用直接注入方式，因而免去了光導型hgcdte長波紅外探測系統對低溫前置放大器的需要。使得整個系統顯得更加小巧，功耗更低，同時大大減輕了致冷器的負擔，從而使長波紅外信號處理開始進入焦平面信號處理時代。 直接注入式siccd-mux可用于戰術制導跟蹤系統等需要很強抑制背景信號能力的高背景場合。因此直接注入式siccd-mux的設計比光導系統中交流百合式siccd-mux的設計更加復雜。其輸入結構應具有對注入電荷暈、分割、撇取和消除背景等功能。直接注入式siccd-mux結構框圖如圖2所示。 1.2 時間延遲積分ccd