Tez No	İndirme	Tez Künye	Durumu
180893		High performance readout electronics for uncooled infrared detector arrays / Soğutmasız kızılötesi detektör dizinleri için yüksek performanslı okuma elektroniği Yazar:ÖMER ÖZGÜR YILDIRIM Danışman: PROF. DR. TAYFUN AKIN Yer Bilgisi: Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı Konu:Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering Dizin:	Onaylandı Yüksek Lisans İngilizce 2006 169 s.
Bu tezde soğutmalı kızıl ötesi görüntülemede kullanılan direnç tipimikrobolometre detektör dizinleri için yüksek performanslı okumaelektroniğinin geliştirilmesi anlatılmaktadır. Üç farklı okuma yongasıtasarlanmış ve bu yongalar standart 0.6 µm CMOS üretim sürecindeürettirilmiştir. Üretilen yongalar kapasitif transempedans yükseltici (KTEY)türü okuma devresini, direnç eşdeğersizliğini telafi etme özelliğine sahip yeni birokuma devresini ve KTEY türü devrenin geliştirilmiş yeni bir modeliniiçermektedir.Üretilen KTEY türü okuma devresi, iki adet detektör ve referans dirençlerinineğimleme akımlarını ayarlayarak direnç eşdeğersizliğini telafi eden çokluanalog çıkışı olan sayısal-analog çevirici (SAÇ) devresi kullanmaktadır. Telafiedilmiş detektör akımı ise bir örnekle-ve-tut devresinin izlediği anahtarlamalıkapasitör entegratörü tarafından integre edilmektedir. Ölçülen dedektör akımıgürültüsü 2.6 KHz elektriksel band aralığında 47.2 pA olup beklenen işaretgürültü oranı (İGO) 530'dur.Dinamik eşdeğersizlik telafi etme devresi, detektör ve referans dirençlerinineğimleme akımlarını dinamik olarak değiştiren bir geri besleme devresikullanır. Devrenin özel bir tarafı ise detektör ve referans dirençlerinin sıcaklıkdeğişikliği yüzünden zamanla değişebilen direnç değerlerini devamlı olaraktelafi edebilmesidir. Üretilen yonganın test sonuçları, devrenin dirençeşdeğersizliği yüzünden oluşan ofset akımını 42.5'te birine düşürdüğünügösterir. Fakat hesaplanan detektör akımı gürültüsü 360 pA olup bu gürültüdevrenin İGO'sunu 70 ile sınırlandırır.Geliştirilmiş KTEY türü okuma devresi, akımı daha iyi kontrol edebilmek içinfazladan yardımcı eğimleme transistörü kullanan yeni bir detektör eğimlemeyöntemi sunmaktadır. Geliştirilmiş okuma devresi, yüksek çözünürlüktekiSAÇ'lere olan gereksinimi azaltarak devrenin alanını önemli ölçüdeazaltmaktadır. Bu devre ilk tasarımın yedide biri bir alanı kaplar. Testsonuçlarına göre akım telafi etme oranı 170 olup dedektör akımı gürültüsü2.6 KHz band aralığında 48.6 pA'dır.Anahtar sözcükler: Soğutmasız kızılötesi okuma elektroniği, direnç tipimikrobolometreler için okuma devreleri, eşdeğersizlik telafi etme.
This thesis reports the development of high performance readout electronics forresistive microbolometer detector arrays that are used for uncooled infraredimaging. Three different readout chips are designed and fabricated by using astandard 0.6 µm CMOS process. Fabricated chips include a conventionalcapacitive transimpedance amplifier (CTIA) type readout circuit, a novelreadout circuit with dynamic resistance nonuniformity compensation capability,and a new improved version of the CTIA circuit.The fabricated CTIA type readout circuit uses two digital-to-analog converters(DACs) with multiple analog buses which compensate the resistancenonuniformity by adjusting the bias currents of detector and reference resistors.Compensated detector current is integrated by a switched capacitor integratorwith offset cancellation capability followed by a sample-and-hold circuit. Themeasured detector referred current noise is 47.2 pA in an electrical bandwidthof 2.6 KHz, corresponding to an expected SNR of 530.The dynamic nonuniformity compensation circuit uses a feedback structure thatdynamically changes the bias currents of the reference and detector resistors. Aspecial feature of the circuit is that it provides continuous compensation for thedetector and reference resistances due to temperature changes over time. Testresults of the fabricated circuit show that the circuit reduces the offset currentdue to resistance nonuniformity 42.5 times. However, the calculated detectorreferred current noise is 360 pA, which limits the circuit SNR to 70.The improved CTIA type readout circuit introduces a new detector biasingmethod by using an additional auxiliary biasing transistor for better currentcontrollability. The improved readout circuit alleviates the need for highresolution compensation DACs, which drastically decreases the circuit area.The circuit occupies an area of one seventh of the first design. According to testresults, the current compensation ratio is 170, and the detector referred currentnoise is 48.6 pA in a 2.6 KHz bandwidth.Keywords: Uncooled infrared readout electronics, readout circuits for resistivemicrobolometers, nonuniformity compensation.