Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers (전자공학회논문지)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
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Pixel-level Current Mirroring Injection with 2-step Bias-current Suppression for 2-D Microbolometer FPAs

이차원 마이크로볼로미터 FPA를 위한 이 단계 바이어스 전류 억제 방식을 갖는 픽셀 단위의 전류 미러 신호취득 회로

  • Hwang, Chi Ho (The Agency for Defense Development) ;
  • Woo, Doo Hyung (School of Information, Communications & Electronic Engineering, The Catholic University of Korea)
  • 황치호 (국방과학 연구소) ;
  • 우두형 (가톨릭대학교 정보통신전자공학부)
  • Received : 2015.08.20
  • Accepted : 2015.10.29
  • Published : 2015.11.25
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Abstract

A pixel-level readout circuit is studied for 2-dimensional microbolometer focal plane arrays (FPAs). A current mirroring injection (CMI) input circuit with 2-step current-mode bias suppression is proposed for a pixel-level architecture with high responsivity and long integration time. The proposed circuit has been designed using a $0.35-{\mu}m$ 2-poly 4-metal CMOS process for a $320{\times}240$ microbolometer array with a pixel size of $50{\mu}m{\times}50{\mu}m$. The proposed 2-step bias-current suppression has sufficiently low calibration error with wide calibration range, and the calibration range and error can be easily optimized by controlling some design parameters. Due to high responsivity and a long integration time of more than 1 ms, the noise equivalent temperature difference (NETD) of the proposed circuit can be improved to 26 mK, which is much better than that of the conventional circuits, 67 mK.

본 연구를 통해서 초점면 배열 이차원 마이크로볼로미터를 위한 픽셀 단위의 신호취득 회로를 연구하였다. 높은 응답도와 긴 적분시간을 갖는 픽셀 단위의 구조를 위해 이 단계 바이어스 전류 억제 방식을 갖는 전류 미러 입력회로를 제안하였다. 제안하는 회로는 $0.35-{\mu}m$ 2-poly 4-metal CMOS 공정을 이용하여 설계했고, 마이크로볼로미터의 배열 크기는 $320{\times}240$이며 픽셀 크기는 $50{\mu}m{\times}50{\mu}m$이다. 제안하는 이 단계 바이어스 전류 억제 방식은 넓은 보정 범위에서 충분히 작은 보정 오차를 보이며, 설계 파라미터를 조정하여 보정 범위와 보정 오차를 간단히 최적화할 수 있다. 제안하는 회로는 높은 응답도와 1 ms 이상의 긴 적분시간을 갖기 때문에 회로의 잡음등가온도차(NETD)를 26 mK까지 개선할 수 있고, 이는 기존회로의 잡음등가 온도차인 67 mK에 비해 매우 개선된 수치이다.

Keywords

References

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