大动态范围数模混合自适应读出电路研究
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作者:
作者单位:

(1.中国科学院上海技术物理研究所红外探测全国重点实验室,上海 200083;2.中国科学院大学,北京 100049)

作者简介:

李滨倞(2000-),男,山东省淄博市人,硕士研究生,主要从事光电探测器及读出电路方向研究;袁红辉(1972-),男,研究员,博士,主要研究方向为模拟 CMOS集成电路的设计与测试。

通讯作者:

中图分类号:

TN432

基金项目:


A Wide Dynamic Range Mixed-Signal Adaptive Readout Circuit
Author:
Affiliation:

(1. National Key Laboratory of Infrared Detection Technologies,Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200083,CHN;2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,CHN)

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    摘要:

    大动态范围读出电路是实现复杂场景下高性能光电探测成像的核心。在气象监测、深空探测中常面临强背景辐射与微弱目标并存、光强跨度极大且剧烈变化等极端情况,传统读出电路往往难以兼顾探测灵敏度与信号饱和容量。为满足高分辨率与宽量程的探测需求,文章设计并实现了一款新型自适应增益切换的读出电路。该电路在传统电容反馈跨阻放大器的基础上,通过新增比较器与计数器实现了自适应积分控制功能,电路还包含相关双采样、脉冲宽度调制数字化电路。基于 0.5 μm 5 V-CMOS工艺进行读出电路设计、仿真与流片,结果表明模拟动态范围达到 97. 04 dB,时域动态范围扩展达到 23. 52 dB,总动态范围达到 120. 56 dB。

    Abstract:

    Wide Dynamic Range(WDR) readout circuits are crucial for high-performance photoelectric detection in complex scenes. Extreme conditions—such as coexisting strong backgrounds and weak targets or dramatic light fluctuations—are common in meteorological monitoring and deep-space exploration. Traditional circuits often struggle to balance sensitivity and saturation capacity. To meet the demands for high resolution and wide range,this paper presents a novel readout circuit with adaptive gain switching. This circuit is based on a Capacitive Transimpedance Amplifier(CTIA)and integrates a comparator and counter for adaptive integration control,alongside Correlated Double Sampling(CDS) and Pulse Width Modulation(PWM)digitization circuits. Designed and taped out in a 0. 5 μm 5 V-CMOS process,the results show an analog dynamic range of 97. 04 dB,a time-domain extension of 23. 52 dB,and a total dynamic range of 120. 56 dB.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

李滨倞,唐青海,陈泽璐,吴安琪,孔大林,程正喜,袁红辉.大动态范围数模混合自适应读出电路研究[J].半导体光电,2026,47(4):595-600. LI Binliang, TANG Qinghai, CHEN Zelu, WU Anqi, KONG Dalin, CHENG Zhengxi, YUAN Honghui. A Wide Dynamic Range Mixed-Signal Adaptive Readout Circuit[J].,2026,47(4):595-600.

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  • 收稿日期:2026-03-24
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  • 在线发布日期: 2026-08-25
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