Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Многоканальные устройства предварительной обработки сигналов ФПУ для тепловизионных приборов

Диссертация: Многоканальные устройства предварительной обработки сигналов ФПУ для тепловизионных приборов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Разработан алгоритм обработки сигналов и функциональная структура многоканального устройства предварительной обработки сигналов для ФПУ на основе 64-х элементного фоторезистивного приемника ИК диапазона, которое позволяет производить усиление сигналов, формировать оптимальную, с точки зрения соотношения сигнал / шум, частотную характеристику устройства с управляемой по заданному закону частотой… Читать ещё >

Содержание

  • 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МНОГОКАНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ФПУ И МЕТОДОВ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
  • 2. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ (МЭУ), ИЗГОТАВЛИВАЕМЫХ ПО ИНТЕГРАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ И РАЗРАБОТКА СТАТИСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МЭУ
    • 2. 1. Структурное представление погрешностей элементов МЭУ
    • 2. 2. Обобщенная статистическая модель МЭУ
    • 2. 3. Влияние этапов проектирования на статистические характеристики МЭУ
    • 2. 4. Выводы по главе
  • 3. МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ОПТИМИЗАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЭУ
    • 3. 1. Метод оптимизации функциональной структуры МЭУ
    • 3. 2. Методы оптимизации конструктивно-технологических параметров тонкопленочных элементов МЭУ
    • 3. 3. Технологические методы повышения точности и воспроизводимости параметров МЭУ
      • 3. 3. 1. Метод повышения равномерности распределения толщины тонких резистивных пленок
      • 3. 3. 2. Формирование геометрических размеров тонкопленочных структур методом ионно-плазменного травления
      • 3. 3. 3. Групповая подгонка комплексов тонкопленочных резисторов
    • 3. 4. Выводы по главе
  • 4. РАЗРАБОТКА МНОГОКАНАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДЛЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФПУ ИК ДИАПАЗОНА
    • 4. 1. Алгоритм обработки и функциональная структура УПОС для ФПУ на основе фоторезисторов из твердых растворов КРТ
    • 4. 2. Особенности схемотехнической реализации основных функциональных узлов УПОС
      • 4. 2. 1. Входные каскады канальной части УПОС
      • 4. 2. 2. Фильтр нижних частот
      • 4. 2. 3. Усилитель с автоматической калибровкой
      • 4. 2. 4. Коммутатор аналоговых сигналов
      • 4. 2. 5. Конструктивно-технологическая реализация основных функциональных узлов УПОС
    • 4. 3. Многоканальные малошумящие модули предусилителей для ФПУ ИК диапазона
    • 4. 4. Выводы по главе

Многоканальные устройства предварительной обработки сигналов ФПУ для тепловизионных приборов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Интенсивное развитие тепловизионной техники и расширение ее применения связано, прежде всего, с достижениями в области создания фотоприемных устройств (ФПУ), являющихся обязательными элементами структуры любого тепловизионного прибора или системы.

Современное развитие ФПУ характеризуется не только дальнейшим улучшением параметров и характеристик отдельных фоточувствительных элементов (чувствительности, быстродействия, области спектральной чувствительности, обнаружительной способности и др.), но и поиском новых принципов их конструирования. Наиболее важным, из которых, следует считать создание многоэлементных матричных и линейных фоточувствительных структур со схемами обработки сигналов.

Большие отличия в типах фоточувствительных элементов (фотодиоды, фоторезисторы), их параметрах (внутреннее сопротивление, уровень собственных шумов и др.), часто создают значительные трудности в практической реализации порога чувствительности приемника излучения в тепловизионной аппаратуре. Это связано с зависимостью чувствительности приемника от выбора его режима работы и степени согласования с последующим электронным трактом.

Поэтому, на фотоприемные устройства стали возлагаться функции, которые ранее выполнялись последующими устройствами электронного тракта тепловизионной аппаратуры, такие, как предварительное усиление электрического сигнала, формирование частотной характеристики со специальными свойствами, преобразование сигнала из одной формы в другую и т. п.

Совмещение нескольких выполняемых функций в одном изделии, имеющем, часто, единую конструкцию, позволяет получить существенный выигрыш в тактико-технических параметрах тепловизионного прибора в целом. Однако, при этом, на электронные устройства предварительной обработки сигналов ФПУ накладываются очень жесткие требования, как в части электрических параметров, так и массогабаритных показателей, энергопотребления, надежности. Поэтому являются актуальными проблемы, связанные с решением задач разработки микроэлектронных устройств для предварительной обработки сигналов с многоэлементных ФПУ и созданием эффективных методов повышения их технических и эксплуатационных характеристик.

4.4. Выводы по главе.

1. Разработан алгоритм обработки сигналов и функциональная структура многоканального устройства предварительной обработки сигналов для ФПУ на основе 64-х элементного фоторезистивного приемника ИК диапазона, которое позволяет производить усиление сигналов, формировать оптимальную, с точки зрения соотношения сигнал / шум, частотную характеристику устройства с управляемой по заданному закону частотой среза, проводить автоматическую калибровку уровня усиления и коммутацию сигналов с целью сведения их в один канал для преобразования в цифровой код.

2. Разработаны схемотехнические и конструктивно — технологические решения, реализующие основные функциональные узлы и УПОС в целом в виде тонкопленочных микросборок и микроблока, соответственно. Использование методов проектирования и оптимизации, рассмотренных в настоящей работе позволило создать устройство, обеспечивающее уровень усиления сигналов в каждом канале до 106 раз, синхронную перестройку восьмиразрядным цифровым кодом частоты среза АЧХ с точностью не хуже 5% во всех каналах одновременно, неравномерность частотной характеристики в рабочей полосе частот ±1%, автоматическую калибровку уровня усиления во всех каналах с точностью 2%.

3. Разработан ряд малошумящих многоканальных модулей предварительного усиления для ФПУ на основе охлаждаемых фоторезисторов из материала кадмий — ртуть — теллур (КРТ). Предусилители характеризуются уровнем собственных шумов менее 1,5 нВ/Гц½, малыми токами потребления — менее 2 мА на канал, высокими значениями произведения усиления на полосу рабочих частот — свыше 150 МГц, что ставит их в один ряд с лучшими зарубежными образцами.

4. Использование при проектировании особенностей интегральной технологии тонкопленочных гибридных интегральных схем и, основанных на них, методов оптимизации схемно — конструкторских и технологических решений позволило снизить относительный разброс между каналами предусилителей до уровня ± 2% при числе каналов свыше 128.

5.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основании проведенных исследований можно сформулировать основные результаты, полученные в настоящей работе:

1. Выявлена двухуровневая иерархическая структура формирования погрешностей параметров элементов МЭУ и показано, что именно такая структура обуславливает особенности возникновения корреляционных связей между отклонениями конструктивно-технологических параметров тонкопленочных элементов в процессе производства. Введены статистические характеристики, которые могут быть использованы для объективной оценки точности и воспроизводимости технологических процессов изготовления МЭУ и в качестве исходных данных для инженерных расчетов их параметров.

2. Разработана обобщенная статистическая модель аналогового микроэлектронного устройства, связывающая статистические характеристики его выходных параметров с характеристиками функциональной структуры, электрическими и конструктивно — технологическими параметрами функциональных узлов и элементов МЭУ.

3. Предложен метод и разработан алгоритм решения задачи статистической оптимизации аналоговых МЭУ на этапе синтеза структуры устройства, основанный на использовании статистических и среднестатистических моделей микроэлектронных функциональных узлов.

4. Предложены методы и выведены расчетные соотношения для решения задач оптимизации конструктивных параметров тонкопленочных элементов по критерию минимума дисперсии выходного параметра МЭУ, которые позволяют обоснованно производить распределение площади микросборок между комплексами элементов и рассчитывать их геометрические размеры.

5. На основании проведенных экспериментальных исследований показано, что технологические методы, основанные на использовании ионно — плазменных процессов, позволяют минимизировать разброс геометрических размеров при формировании тонкопленочных резистивных структур и групповой подгонки удельного поверхностного сопротивления резисторов. Разработаны технологические процессы формирования субмикронных геометрических размеров тонкопленочных резисторов и групповой подгонки удельного поверхностного сопротивления резисторов с точностью до 0,5%.

6. Получены аналитические зависимости для расчетов профилей корректирующих экранов вакуумных установок барабанного типа, позволяющие в 5. 6 раз снизить неравномерность распределения резистивной пленки по площади подложки микросборки. Результаты эффективности введения корректирующих экранов подтверждены экспериментально.

7. Разработанные методы и расчетные соотношения использованы при проектировании 64-х канального устройства предварительной обработки сигналов ФПУ ИК диапазона с цифровой перестройкой АЧХ, обеспечивающего воспроизводимость характеристик с точностью не хуже 2% и параметрического ряда малощумящих микроэлектронных модулей предварительных усилителей для многоэлементных (до 128 и более) ФПУ на основе охлаждаемых фоторезисторов из материала кадмий — ртуть — теллур. Основные технические параметры предусилителей соответствуют уровню лучших мировых образцов, а относительный разброс параметров в рабочем диапазоне температур не превышает ±2%.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Дж. Системы тепловидения. М.: Мир, 1978. — 414 с.
  2. Р. Инфракрасные системы. М.: Мир, 1972. — 534 с.
  3. Robert Е. Fisher. Critical Issues in IR Imaging Systems. // Photonics Spectra, 1986, v.20., No. 7., p. 53−60.
  4. J.A. Chiari, F.D. Morten. Detectors for Thermal Imaging. // Electronic Components and Applications, 1982, v.4., No.4., p.242−249.
  5. Ч.Р., Богомолов П. А., Сидоров B.H. Новое поколение фотоприемных устройств ИК диапазона. // «Зарубежная электронная техника», 1982, № 5 (251), с.3−8.
  6. Л.А., Стафеев В. И. Узкозонные твердые растворы (CdHg) Т. е. Сб. «Физика соединений А11 В VI», М.: Наука, 1986. с. 12−21.
  7. Р.Дж.Киес, П. В. Крузе, Э. Г. Пожли и др. Фотоприемники видимого и ИК диапазонов. Под ред. Р.Дж. Киеса: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1985.-328 с.
  8. М.Д., Бараночников М. А., Смолин О. В., Микроэлектронные фотоприемные устройства.-М.: Энергоатомиздат, 1984−208 с.
  9. Ван дер Зил А. Шум. Источники, описание, измерение. М.: Советское радио, 1973. — 228 с.
  10. Г. Д., Маркин В. А. Шумовые характеристики операционных усилителей. ОМП, 1972, № 9, с.9−10.
  11. A.C., ОмелаевА.И., Филиппов В. Л. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем. Казань, Унипресс, 1998, 318 с.
  12. ADSP 2100 Family Users Manual. 3-rd Edition. Analog Devices, 1995.
  13. В.П., Кудряшов И. С. Многоканальные малошумящие модули предусилителей для фотоприемных устройств ИК диапазона. // Электронное приборостроение. Научно-практический сборник, Вып. 2 (36), Казань, 2004, с. 52−67.
  14. Современные линейные интегральные микросхемы и их применение: Пер. с англ., Под ред. М. В. Гальперина. -М.: Энергия, 1980. 272 с.
  15. .В., Беляков Ю. Н., Курмаев Ф. А., Назарьян А. Р. Учет статистических связей параметров компонентов в задачах статистического анализа интегральных схем. // Электронная техника.Сер.З.Микроэлектроника, 1978, Вып.4, с.38−45.
  16. В.П. Анализ статистических характеристик больших гибридных интегральных схем. // Устройства, элементы и методы комплексной микроминиатюризации РЭА. Межвуз. сб., 1979. Казань: КАИ, с. 21−24.
  17. П.П., ТалалайА.М. Методы статического анализа при управлении качеством изготовления РЭА. М.: Сов. радио, 1979, — 146 с.
  18. Ю.Н., Курмаев Ф. А., Москаленко И. В. Программа статистического анализа интегральных схем. // Электронная промышленность, 1979, № 4, с.97−98.
  19. Г. Г., Баталов Б. В., Казеннов Г. Г. Методы статистического расчета интегральных схем.-В кн.: Микроэлектроника, вып.6. М.: Сов. радио, 1973. с.23−29.
  20. Средства и технологии проектирования и производства электронных устройств. EDA Express, 2000, -342 с.
  21. O.A., Макаров C.B., Перминов В. Н. Процедура сингулярного разложения матриц специального вида в системах схемотехнического моделирования СБИС. // Изв. ВУЗОВ, Электроника, № 4,1979, с.43−48.
  22. А.Л., Шепелев В. А., Власов A.B. Системная среда САПР СБИС. М.: Наука, 1994.-356с.23 .Вицын Н. Современные тенденции развития систем автоматизированного проектирования в области электроники. Chip News, № 1, 1997, с. 12−15.
  23. Д.А., Стешенко В. Б., Храпов В. Ю., Шипулин С. Н. Перспективы реализации алгоритмов цифровой фильтрации на основе ПЛИС фирмы ALTERA. Chip News, № 9−10,1997, с.26−33.
  24. В.Н. Основы автоматизации схемотехнического проектирования -М.: Энергия, 1979. 390 с.
  25. Я.Н. Ускоренный метод статистической оптимизации линейных интегральных схем. // Электронное моделирование, 1980, № 5, с.44−49.
  26. Г. Г., Баталов Б. В., Беляков Ю. Н. Статистическая оптимизация электрических параметров цифровых интегральных схем. // Микроэлектроника. Под. ред. A.A. Власенкова.-М.: Сов. радио, 1973, вып.6, с.26−32.
  27. .В., Беляков Ю. Н., Курмаев Ф. А. Некоторые методы статистической оптимизации интегральных микросхем при наличии статических связей параметров компонентов. //Микроэлектроника.- М.: Наука, 1978, т.7, вып.4, с. 300−313.
  28. В.Н. Статистический расчет и оптимизация триггеров на МДП-транзисторах. // Изв. ВУЗОВ, Радиоэлектроника, 1979, т. 13, № 6, с.24−38.
  29. Маслов A. JL, Чернышев A.A. и др. Оптимизация радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1982. -402с.
  30. В.П. Технология производства РЭА.-М.: Сов. радио, 1973.- 344с.
  31. A.B. Допуски в РЭА. М.: Сов. радио, 1973. -288с.
  32. Технология тонких пленок. Под ред. JI. Майселла, Р. Гленга.- М.: Сов. радио, 1977. 629 с.
  33. В.А. и др. Автоматизация функциональной подгонки гибридных интегральных микросхем. // Вопросы радиоэлектроники, ТПО, Вып.6, 1976, с.24−26.
  34. Ф.П. Фотолитрографические методы в технологии полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М.: Сов. радио, 1978.-96 с.
  35. Линьков J1.M., Прищена C. J1. Физические и конструктивно-технологические методы повышения разрешающей способности фотолитографии. //"Зарубежная, электронная техника", 1987, № 5, с. 17−29.
  36. М.Г. Ионное облучение тонких резистивных пленок. // Электронная техника. Сер. Материалы. Вып.10, 1983, с. 11−18.
  37. Э.И. и др. Исследование структуры и электрических свойств тонких пленок из сплава МЛТ. // Электронная техника. Материалы. Вып.5.1974.
  38. Н.М. Структура, химический и фазовый состав резистивных пленок. // Электронная техника. Материалы. Вып.4, 1973, с.8−17.
  39. М.Г., Белый И. М., Речештер Н. И. и др. Ионное облучение тонких резистивных пленок. // Электронная техника. Сер.6. Материалы, 1983, вып. 10 (183), с.14−17.
  40. Г. Ф., Петров В. И. Ионно плазменная обработка материалов. М.: Радио и связь, 1986, 232 с.
  41. .С., Киреев В. Ю. Применение низкотемпературной плазмы для очистки и травления материалов. М.: Энергоатомиздат, 1987 г.-268с.
  42. А.И. и др. Конструктивно-технологические особенности изготовления высокостабильных тонкопленочных резистивных элементов ГИМС. // Электронная техника. Сер. Материалы, вып.6,1986, с.22−25.
  43. .С., Киреев В. Ю. Ионное травление микроструктур.: М. Сов. радио. 1979 г., с. 102.
  44. В.Ю., Данилин Б. С., Кузнецов В. И. Плазмохимическое, ионно химическое травление микроструктур.: М. Радио и связь, 1983, с. 126−152.
  45. Г. Ф., Петров В. И. Систематизация процесса ионно-плазменной обработки.//Электронная техника, сер.7, вып. 4(125), 1984 г., с.4−6.
  46. И. Г. Киреев В.Ю., Кузнецов В. И. Травление микроструктур потоком свободных атомов и радикалов. // Электронная техника, сер.7, вып. З (136), 1986, с. 76.
  47. .С. Вакуумно-технические проблемы изготовления СБИС. // Итоги науки и техники. Сер. Электроника, т. 18, 1986 г., с. 155−160.
  48. Г. Математические методы статистики. М., Мир", 1975. -465с.
  49. Ю.П. К расчету оптимальной конструкции пленочных элементов по наибольшему выходу гибридных интегральных схем. // Труды КАИ, вып. 150, 1972 (Казанский авиационный институт), с.33−39.
  50. В.И., Воронина Е. Д., Распоркин Б. Г., Лобанов Б. А. Оценка точности и стабильности процессов групповой технологии в АСУТП. // «Электронная техника. Сер.9. АСУ», 1974, № 1, с. 12−15.
  51. Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. :М., Наука, 1968.-321с.
  52. Г. Дисперсионный анализ. М. Наука. 1980. 512 с.
  53. Retajczyk T.F., Larsen W. Statistical Methods for Estimating Variance Componrnts for Integrated Circuits Devices Parameters.// Microelectronics and Reliability, 1977. Vol.16, pp. 561−566.
  54. Моделирование и оптимизация на ЭВМ радиоэлектронных устройств. Под ред. З. Н. Бененсона. М.: Радио и связь, 1981. — 272с.
  55. В.Т. Формализация синтеза структуры радиоэлектронной аппаратуры. // Изв. ВУЗОВ, Радиоэлектроника, 1976, т. 19, № 9, с.33−38.
  56. В.П. Анализ статистических характеристик БГИС. Устройства, элементы и методы комплексной микроминиатюризации РЭА.// Межвузовский сборник, Казань, 1979, с.21−24.
  57. В.П. Статистическая оптимизация микроэлектронных устройств. // Устройства, элементы и методы комплексной микроминиатюризации РЭА. Межвузовский сборник, Казань, 1983, с.20−24.
  58. В.П. Системный подход к задаче статистической оптимизации микроэлектронных устройств. // Тезисы докладов «IX Всесоюзная научно-техническая конференция по микроэлектронике». Казань, 1980.
  59. Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров. Пер. с англ. -М.: Мир, 1984. 320 с.
  60. Л.П. Теория и расчет активных RC-цепей. -М.: Связь, 1978. 256с.
  61. Shenoi В.А. Optimum Variability Design and Comparative Evaluation of Thin-Film RC Active Filters.//IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS. Vol. Cas-21, No.2, MARCH, 1974, p.263−268.
  62. Коннов.В.П., Черюканов A.C., Ермолаев Ю. П. Машинный метод оптимизации топологии ГИС. // Тезисы докладов научно-технической конференции по микроэлектронике. Татарское областное правление НТО РЭС им. А. С. Попова, КАИ. Казань, 1975.
  63. В.П. Оптимальное распределение площади микросхемы между комплексами элементов. // В сб. Микроэлектроника, вып.2. Казань, 1978 (Казанский авиационный институт), с.4−6.
  64. Р. Динамическое программирование. М., ИЛ, 1969.-422с.
  65. Ю.П. Оптимальная топология пленочных элементов гибридных интегральных схем. // ИВУЗ, Радиоэлектроника, 1973, № 4, с.24−26.
  66. В.П., Черюканов A.C. Расчет оптимальной геометрии пленочных резисторов гибридных интегральных схем. // Микроэлектроника. Межвузовский сборник, вып.1, Казань, 1977, с. 19−22.
  67. Н.В., Розендорн Э. Р. Линейная алгебра и многомерная геометрия. М. Наука. 1970.-433с.
  68. Schichtdickengleichmabigkeit von aujgedampjten. Schichten in Teorie und Pracxis. // Vakuum Techn., 30, № 3,1980, pp.26−29.
  69. В.П., Пирогов Г. Г. Нанесение равномерных резистивных слоев на установке УВН-74-ПЗ. //Комплексная микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры. Межвузовский сборник, Казань, 1986 с.95−99.
  70. В. П., Якутенков A.A. Контроль температуры и устранение перегрева подложек для микросхем при ионно-плазменной обработке. //Электронное приборостроение. Научно-практический сборник, Вып.1, Казань, 1997, с. 56−59.
  71. В.П., Пьянков Б. Л., Лежнин А. П., Якутенков A.A. Исследование технологии формирования элементов из пленок окислов кремния плазмохимическим травлением. // Электронное приборостроение. Научно-практический сборник, Вып. З, Казань, 1997, с.45−51.
  72. В.П., Пьянков Б. Л., Якутенков A.A. Исследование ионно-плазменного травления металлических пленок./Электронное приборостроение. Научно-практический сборник, Вып. 3, Казань, 1997, с. 52−54.
  73. В.П. и др. Устройство для измерения шумов контактов резисторов. Авт. свид. СССР № 1 173 350, 1985.
  74. В.П., ЧиркинЮ.К., Гильфанов И. В. Групповая подгонка комплексов прецизионных тонкопленочных резисторов ионно-плазменной обработкой. // Электронное приборостроение. Научно-практический сборник, Вып.2. Казань, 1997, с. 30−38.
  75. В.П., Пьянков Б. Л. Амплитудно-временной преобразователь на ГИС 2СС842А. // Тезисы докладов научно-технической конференции по микроэлектронике. Татарское областное правление НТО РЭС им. А. С. Попова, КАИ. Казань, 1975.
  76. И.С., Ильин О. П., Коннов В. П. Малошумящие пред-усилители для фотоприемных устройств тепловизионных приборов.//Тезисы докладов «ХУ1 Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения». Москва, 2000.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!