In this thesis, a novel readout circuit for uncooled microbolometer is presented. A thermal imaging system suffers from PVTFSh(process, voltage, temperature, flicker noise and self-heating) variation which has a larger signal than the signal containing scene radiation. Especially, microbolometer is strongly dependent on the substrate temperature and the output voltage at AFE drifts rapidly with the substrate temperature resulting in analog saturation and reduced scene dynamic range. Furthermore, mismatch in microbolometer array and voltage variation due to temperature dependent threshold voltage induce non-uniformity resulting in output dispersion and degradation of image quality. The proposed readout circuit based on constant current bias provides a wide and nearly constant dynamic range and the unwanted signal due to the process, voltage, temperature variation can be effectively eliminated. Additionally, it can make not only a calibration process be simple but also a memory used to save calibration coefficients be reduced. The effect of proposed readout circuit will be shown by mathematical analysis and simulated results.
본 논문에서는, 획기적인 비냉각식 마이크로 볼로미터용 리드아웃 회로에 대해 서술한다. 열영상 시스템은 PVTFSh(공정, 전압, 온도, 플리커 잡음, 자체발열) 에 의한 변화에 많은 영향을 받으며, 그 신호의 크기는 온도 변화에 의한 신호보다 훨씬 크다. 특히 마이크로 볼로미터는 기판온도에 강하게 영향 받으며, 이에 따라 아날로그 프론트엔드의 출력 변동이 생기게 되어 아날로그 포화 및 대상 온도에 대한 동적 범위의 감소가 일어난다. 더욱이 마이크로 볼로미터 어레이 내의 부정합과, 문턱 전압의 변화는 불균일성 문제를 유발하여 출력의 분산 및 영상 이미지의 질을 떨어뜨린다. 제안하는 정전류 기반의 리드아웃 회로는 넓고 거의 일정한 동적 범위를 제공하며, 공정, 전압, 온도 변화에 의한 신호 영향을 제거시켜준다. 게다가 제안하는 회로는 교정 과정을 단순화하게 해주며, 교정에 필요한 계수를 저장하는데 필요한 메모리를 감소시켜주는 이점도 제공한다. 이 회로의 효과는 수식적인 분석과 시뮬레이션 결과를 통해 보여질 것이다.
