基于分布式∑/△与扩展量化的红外焦平面阵列像素级/列级混合式模数转换方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61475009
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    90.0万
  • 负责人：
    鲁文高
  • 依托单位：
    北京大学
  • 学科分类：
    F0510.空间、大气、海洋与环境光学
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

In infrared imaging, SNR is limited by charge storage ability of pixel with very small size. The pixel-level Σ/Δ modulator uses oversampling to improve charge storage ability. But passive modulator shows bad linearity while active modulator occupies large area in pixel. In this application, a pixel-level/column-level distributed charge incremental Σ/Δ modulation is presented: Integration of photocurrent and residual charge storage are achieved in pixel-level, while charge comparison and charge transfer are achieved in column-level. As a result, pixel's equivalent charge storage ability is increased and SNR is enhanced. Technique of hybrid SAR A/D conversion with low-resistance nodes is studied in this application. Implementation of low-resistance by sharing current is proposed to decrease power dissipation. And a high precision modulator using time-sharing multiplexer is adopted to calibrate voltage of each node so that the linearity can be increased. Correlation of quantitative data among columns is studied in this application. And method of data storage and digital processing based on correlation is proposed. This method can prevent overflow and lower the requirement of data storage to save area. The innovations will be verified through MPW and model will be ameliorated according to experiment results. Tape-out and test of demo ASIC will be accomplished using 0.18μm process. The array size is 384×288, the pixel size is 10～17μm and the precision of A/D convertor is 15 bit. The expected SNR is over 80dB and the expected power is less than 100mW. This research provides sufficient scientific basis and technical preparation for A/D conversion in Infrared FPA with very small-sized pixel.
甚小尺寸像素的电荷存储能力限制了红外成像的信噪比，像素级(/(调制利用过采样提升等效电荷存储能力，但无源型线性度差，有源型则占据较大像素面积。本申请提出像素级/列级分布式电荷增量型(/(调制技术，像素级实现光电流积分、余量电荷存储，列级实现电荷比较、电荷转移，像素内等效电荷存储能力增大，信噪比提高。拟研究基于低阻化节点的混合式逐次逼近模数转换方法，提出共享输出级电流的低阻化方法，降低了功耗，并分时复用高精度调制器校正各节点电压，提高了线性度。拟提出基于列间相关性的数据存储、数字处理方法，并具有防溢出功能，进一步减小像素数据存储量，释放了面积。 拟通过MPW验证所提创新，根据测试完善模型。拟完成演示样品流片与测试：工艺0.18(，阵列384×288，像素10(17(，15-bit A/D，信噪比(80dB，功耗(100mW。为甚小尺寸像素红外焦平面阵列模数转换提供更充分的科学依据和技术准备。

结项摘要

本项目研究甚小尺寸像素级模数转换技术，已完成的研究内容包括：.（1）提出一种倒数/线性双模式像素级模数转换技术，提高动态范围；.（2）提出一种基于多相时钟格雷码计数器的高精度TDC技术，降低时钟频率，减小功耗和串扰；.（3）提出一种差分斜波型单斜率ADC技术，进一步降低时钟频率和功耗；.（4）提出一种基于多相时钟同步采样的粗细量化TDC技术，降低电路功耗；.（5）研究长波红外像素级/列级混合式模数转换技术，提高线性度；.（6）提出一种基于循环加法器的16bit混合式模数转换技术，减小像元尺寸；.（7）研究中波红外甚小像元模数转换技术，提出一种新型存储转移结构，减小像元尺寸。. 本项目研究成果可用于国防、天文、安防、汽车电子等诸多领域。基于本项目研究成果和用户需求，研制了多款红外ROIC芯片：15微米中心距640×512、1280×1024中波红外ROIC芯片已得到应用；17微米中心距384×288、640×512非制冷红外ROIC芯片已完成成像试验。基于项目组15微米640*512红外ROIC研制的红外探测器组件，总功耗小于30mW，NETD低至18mK，Binning模式下NETD低至11mK，ESD防护能力大于4000V（HBM），关键性能指标优于国际同类顶级研究机构研制的红外探测器。. 受本项目资助，我们发表了21篇学术论文，其中期刊论文6篇，全部为SCI收录，会议论文15篇，全部为EI收录。申请发明专利11项，其中2项已获授权。培养博士生5名，硕士生6名。负责人所在团队获得2016年度教育部科技进步一等奖。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（15）
专利数量（11）
Low-noise readout circuit for thermo-electrical cooler-less uncooled microbolometer infrared imager
用于热电无冷却器非制冷微测辐射热计红外成像仪的低噪声读出电路
  • DOI：
    10.1049/el.2015.3407
  • 发表时间：
    2016-04-28
  • 期刊：
    ELECTRONICS LETTERS
  • 影响因子：
    1.1
  • 作者：
    Liu, Dahe;Lu, Wengao;Chen, Zhongjian
  • 通讯作者：
    Chen, Zhongjian
Column-level passive sample and column-shared active readout structure for high speed, low power ROIC
用于高速、低功耗 ROIC 的列级无源采样和列共享有源读出结构
  • DOI：
    10.1049/el.2014.3342
  • 发表时间：
    2015-02
  • 期刊：
    Electronics Letters
  • 影响因子：
    1.1
  • 作者：
    Wang Guannan;Lu Wengao;Liu Dahe;Zhang Yacong;Chen Zhongjian
  • 通讯作者：
    Chen Zhongjian
A Sub-1ppm/°C Current-Mode CMOS Bandgap Reference With Piecewise Curvature Compensation
具有分段曲率补偿功能的低于 1ppm/°C 电流模式 CMOS 带隙基准
  • DOI：
    10.1109/tcsi.2017.2771801
  • 发表时间：
    2018-03-01
  • 期刊：
    IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS I-REGULAR PAPERS
  • 影响因子：
    5.1
  • 作者：
    Wang, Ruocheng;Lu, Wengao;Chen, Zhongjian
  • 通讯作者：
    Chen, Zhongjian
Low-power TDC scheme using DLL-based gray counter for infrared imagers
使用基于 DLL 的红外成像仪灰度计数器的低功耗 TDC 方案
  • DOI：
    10.1049/el.2017.0878
  • 发表时间：
    2017-05
  • 期刊：
    Electronics Letters
  • 影响因子：
    1.1
  • 作者：
    Liu Dahe;Lu Wengao;Yu Shanzhe;Chen Zhongjian
  • 通讯作者：
    Chen Zhongjian
Two-stage ADC-based ROICs for 25 μm-pitch cryogenic infrared focal plane array
用于 25 μm 节距低温红外焦平面阵列的基于两级 ADC 的 ROIC
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Electronics Letter
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Niu Yuze;Huang Zhaofeng;Lu Wengao;Lu Huaixi;Chen Guangyi;Zhang Yacong;Chen Zhongjian
  • 通讯作者：
    Chen Zhongjian

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其他文献

一种新型的具有稀疏化功能的半导体辐射探测器读出电路
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
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  • 期刊：
    核电子学与探测技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    鲁文高;吉利久;张雅聪;赵宝瑛;陈中建
  • 通讯作者：
    陈中建

其他文献

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鲁文高的其他基金

基于压缩感知的高分辨率深脑神经信号成像芯片研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2019
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    61 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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