Geri Dön

A small-format microbolometer imaging sensor with digital video outputs

Sayısal video çıkışlı ve küçük boyutlu mikrobolometre görüntüleme sensörü

PDF İndir

  1. Tez No: 442363
  2. Yazar: CEM YALÇIN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu tezde, küçük formatlı bir mikrobolometre görüntüleme sensörü için tümleşik okuma devresi (ROIC) sunulmaktadır. Görüntüleme sensörü, uzun dalga kızılötesi (8 - 14 um) bölgesinde çalışmaktadır ve 80 x 80 çözünürlük ve 25 um piksel boyutuna sahiptir. Okuma yapmak için 60 Kohm çevresindeki dirençler için optimize edilmiştir. Kızılötesine kör MEMS dirençlerini referans direnci olarak kullanma yöntemiyle görüntüleme sırasında kutuplama sebebiyle olan ısınma ve kutuplama akımının büyüklüğünün etkileri ortadan kaldırılmaktadır. ROIC, pikseller üzerinde 8 bit'lik çözünürlüğe sahip bir saçılım düzeltme yapabilmektedir. Görüntüleme, çip boyutunu küçültmek için piksel matrisini 9 panele bölerek yapılmaktadır. Okuma devresinde, analog okuma verilerini sayısala çevirmek üzere bir adet Ardışık Yaklaşımlama Yazmacı (SAR) Analog/Sayısal Çevirici (ADC) bulunmaktadır. Bu ADC, 12 bit'lik çözünürlüğe ve 62.5 kS/s örnekleme hızına sahiptir. Sensör, 9 Hz'te görüntüleme yapabilmektedir. Benzetim sonuçları, 50 mK'lik bir Gürülüye Eşdeğer Sıcaklık Farkı (NETD) ve 65 mW'lık bir güç tüketimi öngörmektedir. Okuma devresi, kendi zamanlama ve kutuplama sinyallerini oluşturur. Pinleri sadece güç ve sayısal iletişim pinlerinden oluşmaktadır, bu da sistem entegrasyonunu kolaylaştırır. Zamanlama sinyalleri, bir sayısal denetleyici tarafından oluşturulur ve ayarlanabilir özelliktelerdir. Bir kutuplama devresi, kutuplama gerilim ve akımlarını oluşturmak için çeşitli DAC'lara sahiptir. Zamanlama ve kutuplama sinyalleri, ROIC'in yapılandırma hafızası tarafından kontrol edilir. Bu hafızaya basit bir seri programlama arayüzü ile erişilir. Kolonlarda yer alan referans direnci seçme devreleri, başka kolonların işlevini etkilemeden istenen referans direncinin devreden çıkarılabilmesini sağlamaktadır. Devrede yer alan CMOS dirençler, MEMS işlemlerinden önce devrenin test edilebilirliğini arttırmakta ve MEMS referans dirençlerinde bir sorun olması durumunda bu dirençler yerine kullanılabilmektedir. ROIC'in fiziksel gerçeklemesi de yapılmıştır. 6mm x 6mm'lik bir test çipi, üretime yollanmıştır. Kırmık seviyesinde olan bu çiplerin üzerinde MEMS işlem yapılamayacak olup büyük ölçekli üretimden önce test amacı taşımaktadırlar.

Özet (Çeviri)

This thesis presents a small format Readout Integrated Circuit (ROIC) for surface micromachined resistive microbolometer imaging sensors. The imaging sensor is designed to work in the Long Wave Infrared region (8 – 14 um) and is designed with an 80 x 80 format with a pixel pitch of 25 um. The ROIC is optimized to perform the readout of MEMS pixels with resistance values around 60 Kohm, where infrared blind reference resistors with similar values are also used to cancel effects of self-heating and high biasing current. The ROIC is capable of performing Non-Uniformity Correction on the detectors with a resolution of 8 bits, allowing the readout of a wide range of resistance values. The ROIC utilizes a panel-based approach for imaging, dividing the pixel array into 9 blocks for reducing the die size of the ROIC, which is required to reduce the cost of the infrared imager. The circuit also has a Successive Approximation Register (SAR) Analog-to-Digital Converter (ADC) to convert analog readout signals to digital data for better noise performance, lower system power, and smaller system size. The ADC has 12 bits and 62.5 kS/s sample rate. The circuit is designed to achieve imaging at or below 9 Hz while consuming a low power of 65 mW and providing a Noise Equivalent Temperature Difference (NETD) of 50 mK, which is comparable with the state-of-the-art microbolometers. The readout IC generates its own timing and biasing signals. Its external pins are composed of power pins and digital communication pins, easing system integration. Timing signals are generated by a digital controller and are very flexible. A bias generator implemented in the ROIC contains various voltage and current DACs to generate necessary biasing signals for the circuit, utilizing a bandgap reference voltage generator. Both the timing and biasing signals are configured through the configuration memory of the ROIC, which can be accessed through a simple serial programming interface. Reference resistor selection circuits located in columns allows the user to disable any faulty reference pixel in the array arbitrarily, without affecting the operation of other readout columns. CMOS resistors located in the pixel array extend test coverage before MEMS processing. These resistors can also be used as reference resistors in the case of high disparity between MEMS reference and detector resistors. A layout of the ROIC is implemented using a 0.35 um CMOS process. A 6mm x 6mm sized design was sent to multi-project wafer (MPW) fabrication for the verification of the operation. A full engineering run is required to achieve MEMS processing and to demonstrate imaging.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    119179

    A High fill factor CMOS uncooled infrared microbolometer detector

    Yüksek etkin alanlı CMOS soğutmasız kızılötesi mikrobolometre dedektörü

    MAHMUD YUSUF TANRIKULU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2002

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TAYFUN AKIN

  2. Tez No

    198566

    Design and fabrication of thermo-mechanical thermal detector arrays with optical readout

    Optik okumalı termo-mekanik termal detektör dizin tasarımı ve fabrikasyonu

    HAMDİ TORUN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2005

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HAKAN ÜREY

  3. Tez No

    695626

    Development of small size uncooled infrared microbolometer pixel

    Minyatür soğutmasız kızılötesi mikrobolometre pikseli geliştirilmesi

    BARAN UTKU TEKİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)

    PROF. DR. TAYFUN AKIN

    PROF. DR. RAŞİT TURAN

  4. Tez No

    950970

    Genç futbolcularda sürekli ve aralıklı oynanan dar alan oyunlarının psikofizyolojik cevaplar ve teknik aktiviteler üzerine etkisinin karşılaştırılması

    A comparison of the effects of continuous and intermittent small-sided games on psychophysiological responses and technical analysis in soccer players

    MEHMET ALİ KANI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    SporKarabük Üniversitesi

    Beden Eğitimi ve Spor Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NESLİHAN AKÇAY

  5. Tez No

    967105

    Genç futbol oyuncularında dar alan oyunlarına verilen psikofizyolojik cevapların ve teknik aktivitelerin incelenmesi: Farklı saha boyutları karşılaştırması

    Investigation of psychophysiological responses and technical activities in small-sided games among young soccer players: A comparative analysis of different field sizes

    ENES FURKAN YEŞİLOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    SporKarabük Üniversitesi

    Beden Eğitimi ve Spor Eğitimi Anabiilim Dalı

    DOÇ. DR. NESLİHAN AKÇAY

Geri Dön