In this thesis, a readout integrated Circuit (ROIC) for application in an amorphous silicon based micro-bolometer array is developed. This readout circuit was fabricated using a $0.35-\microm$ CMOS process for LWIR ($8-\microm~14-\microm$) IR detector array. The proposed circuit uses multiple integration method for high signal-to-noise ratio (SNR). The signal from each pixel is repeatedly sampled into the integration capacitors that are shared one capacitor with two pixels. After integration, the signal output and summed into summing capacitors with voltage skimming. At last the summed signals are output into memory that is out of ROIC chip. These procedures continue for n read cycles during frame time periodically. This method adopted in proposed ROIC provides more improved SNR by 2.91 times than conventional ROIC. Consequently, the proposed readout circuit that uses the multiple integration method has higher SNR than the conventional readout circuit that use the general integration method when these circuits are adopted the same microbolometer. This proposed readout circuit is very suitable in the high SNR IR image applications.
본 논문에서는 마이크로 볼로미터 신호취득회로로 두 개의 픽셀을 하나의 기본구조로 하는 픽셀단위 구조에 다중 적분 방식을 적용한 회로에 대해 제안하였다. 이 회로는 두 개의 픽셀이 번갈아 가며 적분과 전하이동을 통해 각각에 픽셀마다 주어진 픽셀시간을 가능한 길게 사용 가능하게 하여 길어진 적분시간 갖게 하는 효과를 얻어 높은 신호대잡음비를 얻을 수 있다.
$0.35-\microm$ CMOS 공정을 통해 칩을 제작하였으며 측정과 계산을 통해 성능을 검증하였다. 우선 제안한 회로의 노이즈 값을 측정과 계산을 통해 확인하였으며 그 때의 값이 마이크로 볼로미터와 신호취득회로에서 각각 $678.3 \microV$, $356.28 \microV$의 값을 가졌다. 이 값은 제안한 신호 취득회로가 사용될 마이크로 볼로미터의 노이즈보다 제곱 값에 대해 8:2의 비를 가지므로 적용에 문제 없음을 확인하였다. 제안한 회로의 가장 큰 장점인 신호대잡음비 면에서 일반적으로 사용되고 있는 일반적인 적분 방식을 사용한 컬럼단위 구조와 비교하였을 때 칼럼단위 구조의 일반적인 신호취득회로의 경우 303.32[V/V]의 신호대잡음비를 가졌으며, 제안한 회로의 경우 882.35[V/V]의 신호대잡음비를 가짐을 확인하였다 이로써 제안한 회로가 신호대잡음비 면에서 일반적인 신호취득회로에 비해 2.91배 향상됨을 확인하였다.
이로서 일반적인 적분방식을 사용한 일반적인 신호취득회로에 비해 신호대잡음비 면에서 향상된 마이크로 볼로미터 신호취득회로를 설계하였다.
