第一章自光电二极管列阵课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第一章 自扫描光电二极管列阵（SSPA）,1.1 SSPA线列阵,1.1.1 线列阵原理,1.1.2 扫描驱动电路,1.1.3 光电二极管工作方式,1.1.4 开关噪声及补偿方法,1.1.5 多相时钟线列阵,1.2 SSPA面列阵,1.2.1 再充电采样型面阵,1.2.2 电压采样型面阵,1.3 特殊列阵,1.3.1 环形列阵,1.3.2 光栅位移传感器,1.3.3 X射线探测列阵,1.1.1 SSPA线列阵原理,1、,SSPA线阵电路框图,1.1.1 SSPA线列阵原理,2、,扫描电路,移位寄存器：,每,2,个时钟周期，,o/p1,端的信号传递到,o/p2,端；,信号依次移位，先进先出；,结构简单，容易扩展。,1.1.1 SSPA线列阵原理,2、,扫描电路,解码器：,n,位二进制输入；,2,n,个扫描输出；,可以随机编码；,结构复杂，不易扩展。,1.1.1 SSPA线列阵原理,选通开关,光电二极管,e1,e2,e3,输出,电源,3、,简单线阵SSPA电路,1.1.2 扫描驱动电路,n,源(S)栅(G)漏(D),体(B),n,源(S)栅(G)漏(D),体(B),p沟,-,G,D,S,（a）零栅压,（b）负栅压,负栅压（大于阈值）导通；,零栅压或正栅压截止。,G,D,S,I,DS,I,DS,4、,PMOS场效应管,1.1.2 扫描驱动电路,4、,普通移位寄存器,a,b,T,2,T,1,T,4,T,3,C,g,1,e,1,COM,S,2,1,c,d,T,6,T,5,T,8,T,7,C,g,C,g,2,e,2,N-1,e,N-1,N,e,N,负载管（,T2&T4,）,：,低电平导通，导通时相当于电阻，在对应时钟脉冲为低电平时,激活,该单元；,反向器（,T1&T3,）,：低电平导通，信号反向（双反,=,不反），将本单元输入电平,信号传递,到下一单元；,栅电容（,Cg&Cg,）,：本单元激活时充电，本单元不激活时,保持电平,。,3、,普通移位寄存器工作原理（1）,S,1,2,a,b,(e,1,),c,d,(e,2,),t,0,t,1,t,2,t,3,t,4,t,5,t,6,t,7,t,8,t,9,3、,普通移位寄存器工作原理（2）,S,1,2,a,b,(e,1,),c,d,(e,2,),t,0,t,1,t,2,t,3,t,4,t,5,t,6,t,7,t,8,t,9,3、,普通移位寄存器工作原理（3）,S,1,2,a,b,(e,1,),c,d,(e,2,),t,0,t,1,t,2,t,3,t,4,t,5,t,6,t,7,t,8,t,9,3、,普通移位寄存器工作原理（4）,S,1,2,a,b,(e,1,),c,d,(e,2,),t,0,t,1,t,2,t,3,t,4,t,5,t,6,t,7,t,8,t,9,1.1.2 扫描驱动电路,4、工作波形,EOS,S,1,2,a,b,(e,1,),c,d,(e,2,),V,o,t,0,t,1,t,2,t,3,t,4,t,5,t,6,t,7,t,8,t,9,1.1.2 扫描驱动电路,4、一种低功耗动态移位寄存器,2,1,1,2,.,.,T,2,T,1,T,4,T,3,C,V,e,1,COM,S,2,1,T,6,T,5,e,2,R,L,V,o,N,1,1.1.2 扫描驱动电路,5、简化电路分析,T,1,S,T,5,T,4,e,2,1,N,C,b,C,N,0,-V,0,-V,S,6、工作波形（1）,S,1,2,V,N1,e,2,e,1,6、工作波形（2）,S,1,2,V,N1,e,2,e,1,6、工作波形（2）,S,1,2,V,N1,e,2,e,1,1.1.2 扫描驱动电路,6、工作波形,S,1,2,V,N1,e,2,V,o,e,1,1.1.2 扫描驱动电路,7、电容自举移位寄存器的优点,互补驱动电路：,T5,和,T6,不同时导通；,移位信号到才开始工作：整个移位寄存器消耗的功率仅等于一位寄存器消耗的功率；,功耗极低：,0.5mW,；,CMOS,电路性能更好。,1.1.2 扫描驱动电路,8、CMOS移位寄存器,传输门,+,反向器,1.1.2 扫描驱动电路,9、仿真电路,传输门,反相器,1.1.2 扫描驱动电路,9、仿真结果,1.1.3 光电二极管工作方式,1、连续工作方式,I,L,R,L,V,o,V,B,光电流很小；,布线很困难。,注意：,2、电荷存储工作方式,1,C,V,R,L,V,V,o,e,1,C,d,D,1,T,1,I,L,R,L,V,V,o,e,1,C,d,I,D,3、定量分析,注：二极管两端的电压与光强,P,和积分时间,Ts,的乘积成比例。,3、连续工作方式与电荷存储方式的比较,I,L,R,L,V,o,V,B,1,C,V,R,L,V,V,o,e,1,C,d,D,1,T,1,光电流增益很大；,布线容易；,视频输出线电容影响大。,1.1.3 开关噪声及补偿方法,1、开关噪声,1,2,e,1,+5V,e,2,R,L,V,o,N,e,2,开关,噪声,光信号,1.1.3 开关噪声及补偿方法,2、补偿方式（1）：补偿列阵,e,1,e,2,R,L,V,N,e,2,1,2,COM,R,L,V,o,N,R,S,R,S,R,R,f,V,out,T,T,噪声,信号,补偿,列阵,光电,列阵,移 位 寄 存 器,1.1.3 开关噪声及补偿方法,2、补偿方式（2）：邻近位相关法,e,1,e,2,e,3,0,1,COM,V,O,V,out,T,信号,移 位 寄 存 器,2,V,N,3,噪声,电源,1.1.4 多相时钟线列阵,1、四相时钟线列阵,V,O奇,移 位 寄 存 器,1,C,V,COM,R,L,3,N-1,V,O偶,C,V,R,L,2,N,4,移 位 寄 存 器,1.1.4 多相时钟线列阵,2、工作波形,1.1.4 多相时钟线列阵,3、工作方式,两组互补的时钟相位错开,1/4,周期，得到的奇数位信号和偶数位信号正好错开半位，两路视频信号合在一起，可得到连续按时序分布的串行视频信号；,把奇偶两组移位寄存器的时钟和,S,信号合用一组相同的信号，则得到两路奇偶视频信号分开的并行输出信号，分别并行读出，工作频率提高一倍。,两组时钟相同，但第二组（偶数）的起始信号,S2,由第一组移位寄存器的,EOS,输出信号加适当驱动后代替，同时第一组的起始脉冲信号,S1,的周期加长一倍以上，可得到奇数位视频信号在前，偶数位视频信号在后，分组串行输出的视频信号。该方法可简化外部时钟驱动电路。,1.1.4 多相时钟线列阵,4、八相时钟线阵,优点：,提高象元中心间距；,提高信号输出频率；,早期有应用，目前不需要。,缺点：,增大驱动电路面积；,增加相位匹配困难；,增加固定模式噪声；,构成：,在四相时钟线阵基础上，在上下两个移位寄存器输出上分别增加两相时钟控制。,1.2 SSPA面列阵,1.2.1 再充电采样型面列阵,水平（X）扫描电路,列线,行线,11,12,13,14,21,22,23,24,31,32,33,34,单元电路,栅,漏,垂直（Y）扫描电路,1.2 SSPA面列阵,1.2.1 再充电采样型面列阵,行回扫,采样时间,场回扫,行采样周期,1.2.2 电压采样型面列阵,1、电路结构,1.2.2 电压采样型面列阵,2、电路分析,（a）单元电路,（b）预充电,（c）放大读出,特点：,有源极跟随放大，视频输出电压大；,视频信号为箱形波，,AD,转换方便；,低光照时高电压，高光照时低电压；,尖峰噪声叠加在箱形波上，影响较大。,复位开关,源极跟随,选通开关,1.2.2 电压采样型面列阵,3、工作波形,亮区,暗区,亮区,亮区,暗区,亮区,1.2.2 电压采样型面列阵,4、噪声消除方法,低噪声扫描电路；,去耦合,MOSFET,；,积分电路。,1.3 特殊列阵,1.3.1 环形列阵,（a）等效电路,（b）几何尺寸,（c）工作波形,1.3.2 粗光栅位移传感器列阵,（a）列阵结构,（b）工作波形,S,1,2,V,o,1.3.3 x射线探测器列阵,（a）x射线探测器结构,（b）工作波形,光子能量（keV）,响应度（10,-6,C/J/cm,2,）,X射线剂量（J/cm,2,10,-6,）,信号电荷（pC）,20keV,40keV,70keV,1.3.3 红外探测器读出电路,（a）红外探测器结构,（b）读出电路,（c）单元电路,栅,漏,热释电,单元,轻松一下,移位寄存器告诉我们一个道理：一步领先，步步领先。,两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山，这里我就是这只猿，多么希望能够唤醒你们，跟随课程，直下江陵。,谢谢,49,