文献综述
1、国内外发展现状：
红外成像技术在军事、空间技术、医学以及国民经济相关领域正得到日益广泛的应用[1]。在国外对这方面的研究已日趋成熟红外探测技术，已发展到第四代，主要采用搀接焦平面4N或6N阵列的第二代前视红外系统[2]。俄罗斯对红外方面的研究起步很早，研究单位有老牌公司“奥里昂”等。第一代探测器以分立型结构为主，主要有制冷型的光机扫描热像仪等产品[2]。具体有英国的通用组件热像仪，还有美国德州仪器公司的红外热相仪。第二代为凝视和扫描型感光焦平面电路，第二代重量更小，噪声性能得到改善，代表产品有美国圣巴巴拉研究所的InSb中波红外热像仪与日本东阳的量子阱长波热像仪[3]；第三代产品以凝视型为主，并且多采用基于多波长响应的相对廉价的非制冷焦平面阵列[4,5]。IRFPA是红外成像技术中获取红外图像信号的核心光电器件[6]。InSb IRFPA技术多年来一直深受重视，美、英、日等国竞相发展此技术。近年来，其规模已从640times;480扩展到1024times;1024元，所有这些 IRFPA均是带硅读出电路的混合式阵列。国外不少公司一直从事读出电路的研究与设计，如美国的 Indigo Systems公司的ROIC系列、EGG公司的MB系列等。IndigoSystems公司的线阵系列产品有128times;1,256times;1和512times;1等品种,主要特征指标为：单元频率为3.85MHz(77K)，芯片功耗小于110mW(512x1)；面阵系列产品有128times;128,320times;256等，主要特征指标为：单元频率在10MHz，芯片功耗在一个读出端口时小于25mW(128times;128)和9mW(640times;512)，电路提供一路、两路和四路等输出选择。EGG公司有64times;1,128times;1和256times;1的线阵系列产品，其电路特点是采用了双路输出和双时钟采样，有效地提高了频率和降低功耗。从国外的产品系列的介绍中看出，他们的产品有非常详细的低温和常温的数据，相信他们有一套比较完整的低温电路的模型库[7]。国内有很多的单位曾经或正在进行红外焦平面读出电路的相关研究和设计，但到目前为止，仅限于为国内自研红外焦平面探测器阵列配套，受其发展水平的限制，只研发了一些线列产品和不大于320times;256的面阵产品[8]。另外，国内工艺线尚无完整的低温电路模型库，这也是造成目前国内读出电路发展缓慢的主要原因。国内的读出电路技术与国外相比，仍有不小的差距[9]。国内有很多的单位正在进行红外焦平面读出电路的相关研究和设计，但同国外相比，在工艺、可靠性、系统集成方面还存在不小的差距。到目前为止，仅限于为国内自研红外焦平面探测器阵列配套，受其发展水平的限制，只研发了一些线列产品和不大于320times;256的面阵产品。另外，国内工艺线尚无完整的低温电路模型库，这也是造成目前国内读出电路发展缓慢的主要原因。
2、发展趋势：
由于红外焦平面阵列读出电路的基本模块的发展已经成熟，人们的注意力正日益转向增强红外焦平面阵列和减少整个系统的复杂性方面。红外焦平面阵列读出电路在未来将要继续研究与发展的一些技术领域有：芯片上的A/D转换、光子记数、背景抑制、光学读出、灵巧焦平面等[10]。未来，红外焦平面成像的性能将随着新型探测器和信号处理新技术的出现而增强。而且，焦平面的军用和商用的双重使用的概念将导致成本驱动和 面向实用的方向发展。未来读出电路的发展主要表现在以下几个方面：(1)高度集成[11]。将偏置电路和驱动信号源电路集成到读出电路 阵列中，进一步提高抗电磁干扰的能力。(2)片上A／D转换。如采用半导体平行结构[12]。(3)功能丰富。在大型红外焦平面阵列(如1024times;1024）中任 意开窗口，以便仔细观察感兴趣的局部信息，也是人们想实现的功能。这种焦平面阵列可以在保持宽视 场的情况下，高帧速率输出窄视场图像信息，以提高系统的灵巧性。(4)多色工作。(5)光连接。光信号在传送到光连接之前能数字化，这样就能以功耗为代价进一步改善电路的性能。(6)智能焦平面阵列。用在前端信号处理的片上FPA信号处理技术能很大程度上改善读出性能。在材料方面，红外光电探测器的材料很多，但真正适于发展三代红外光电探测器，即响应波段灵活可调的双色与多色红外焦平面列阵器件的材料则很少[13]。目前，主要有传统的HgCdTe和QwIPs，以及新型的二类SLs和QDIPs，共四个材料体系。人们会努力寻找更低成本、更高稳定性的新型红外光电探测材料[14]。
3、本课题的价值：
红外探测器是利用器件所接收的入射红外线与探测器物质相互作用产生电信号的器件[15]。由于红外焦平面阵列能够探测到自然界的微弱的红外辐射能量，同时对其进行积分等处理产生图像信息，因此红外焦平面成像系统在军事、医疗扫描、空间探测、环境监控以及民用消费电子方面有着广泛的应用[16,17]。现实世界中的模拟量必须转换成数字量才能够被数字系统收集、分析和处理。为了便于系统后续的数字化处理，集成了模/数转换( Analog-to- Digital Converter，ADC)模块的ROLC电路，实现了数字化读出取代模拟读出链，成为人们研究的热点之一。将 ADC 集成到红外焦平面读出电路内可以避免芯片间模拟信号的传输袁大幅度降低噪声曰同时片上集成 ADC 可以降低系统的功耗以及提高系统的传输速度[18]。当更远的探测距离，更好的目标识别能力，更快的速度以及更低的功耗成本作为人们对红外探测器的追求时，也推动了模数转换器向低功耗、高速和高分辨率的方向发展。红外探测器是红外焦平面成像系统的关键模块之一，读出电路作为红外焦平面的核心模块，性能更是决定着红外焦平面阵列应用的关键[19]。读出电路的功能是将探测器阵列所采集的电信号按一定顺序输出并对输出信号进行必要的处理[20]。
参考文献：
[1]D.A. Cardimona, D.H. Huang, V. Cowan, et al.Infrared detectors for space applications[J]. Infrared Physics Technology, 2011, 54: 283–286.
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