一种非制冷红外焦平面探测器的读出电路及提高良率的方法技术

本发明专利技术公开了一种非制冷红外焦平面探测器的读出电路及提高良率的方法。通过控制模块对有效元电路阵列进行行选通、列积分，并根据有效元电路的故障信号获得替补信号，把相邻行的有效元电阻与故障有效元电阻并联，从而使故障有效元电路正常工作，实现对红外图像的像元的实时修复，进一步，根据盲元或参考元电路的故障信号获得替补信号，将相邻的盲元或参考元电阻与故障的盲元或参考元电阻并联，从而修复盲元电路或参考元电路，解决红外焦平面的列坏线或行坏线的问题。

A readout circuit for an uncooled infrared focal plane array and a method to improve yield

The invention discloses a readout circuit for an uncooled infrared focal plane detector and a method for improving the yield. The effective element circuit array is switched on and integrated by the control module, and the substitution signal is obtained according to the fault signal of the effective element circuit. The effective element resistance of the adjacent row is connected with the fault effective element resistance in parallel, so that the fault effective element circuit can work normally and the pixel of the infrared image can be repaired in real time. According to the fault signal of the blind element or reference element circuit, the substitution signal is obtained, and the adjacent blind element or reference element resistance is connected in parallel with the fault blind element or reference element resistance, thus the blind element circuit or reference element circuit is repaired, and the problem of column or row bad lines in the infrared focal plane is solved.

【技术实现步骤摘要】
一种非制冷红外焦平面探测器的读出电路及提高良率的方法
本专利技术属于非制冷红外焦平面探测器领域，更具体地，涉及一种非制冷红外焦平面探测器的读出电路及提高良率的方法。
技术介绍
红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件，微测辐射热计的工作原理是：来自目标的热辐射通过红外光学系统聚焦到探测器焦平面阵列上，各个微桥的红外吸收层吸收红外能量后温度发生变化，不同微桥接收到不同能量的热辐射，其自身的温度变化就不同，从而引起各微桥的热敏层电阻值发生相应的改变，这种变化经由探测器内部的读出电路。读出电路将阻值变化以电流变化的形式得到，再由积分器转换成电压信号，经A/D转换器转换成数字信号输出；最终，经过探测器外部的信号采集和数据处理电路最终得到反映目标温度分布情况的可视化电子图像。但由于探测器周围环境同样具有红外辐射，同时焦平面自身也具有一定的工作温度，这部分热量就成为了系统的背景噪声。在无红外辐射的情况下产生的电流，称之为暗场电流，这就需要设计能够根据环境温度变化而变化的盲元电路，通过引入与有效元相同的热敏材料制成的盲元，使得盲元电路为读出电路的输出提供补偿电流，消除暗场电流，即消除环境背景噪声对探测效果的影响。目前国内外的红外焦平面阵列器件一般都采用行选通、列积分的方式设计读出电路，即逐行选通像元阵列，在选通的同时通过列积分上传数据。其中每一列有效元电阻具有单独的盲元电路提供补偿电流，一旦某个盲元故障则会影响整列有效元的校准信号，导致红外成像出现列条纹非均匀性；所述有效元电阻的电流来源于两端所加的偏置电压，每行有效元电阻两端的偏置电压一致，每个所述偏置电压由一个参考元电路调试获得，所以一旦某个参考元电阻故障，会导致红外成像出现行条纹非均匀性。图1为红外焦平面阵列的读出电路结构图，其中区域2为单个有效元电路，Rsensor为有效元电阻，区域1为提供补偿电流的盲元电路，其中Rblind为盲元电阻，与Rsensor为相同的热敏电阻材料，Rsensor对入射的红外辐射响应，Rblind对入射的红外辐射无响应，其中，有效元的选通由开关Select控制；区域3为输出信号积分运算放大电路，Vo为红外图像信息输出端。Vsk、Vfid、Gsk为外加可调偏置电压，Vref为不随温度和生产工艺而变化的恒定偏置电压。所述盲元电路在选通控制信号Gsk的控制下，接入电路，产生补偿电流I1，与有效元电阻产生的暗场电流I2相互抵消，从而消除系统背景噪声的影响。根据图1，可以得到：I1＝(Vsk－Vref)/Rblind，IINT＝I1－I2可得：IINT＝I1－I2＝(Gsk－Vref)/Rblind－Vfid/Rsenor，Vo＝Vref－IINT×TINT/CINT＝Vref－(TINT/CINT)×[(Gsk－Vref)/Rblind－Vfid/Rsenor]据此，可以得到Vo与Rblind密切相关，需要保证盲元电阻为一列有效元电阻提供相同的补偿电流，抑制暗场电流的影响，提高列均匀性。当读出电路中有效元电阻由于工艺偏差导致无法导通或出现故障时，现有技术难以从根本上修复有效元电阻，只能通过后续的图像处理算法赋予故障有效元电阻一个虚拟的响应值，从而起到非均匀性校正的作用，但现有的后续处理算法均存在计算量大、收敛速度慢、依赖场景的运动、及硬件实现难度大等缺点，尤其是难以满足实时校正的需求，对大面阵图像处理困难。现有专利CN102609923A提供了一种图像处理算法校正红外图像的非均匀性，该方法将面阵中所有有效元对红外辐射的响应均放大并转换成电信号上传后，通过计算故障有效元周围的有效元的信号值的算术平均值，从而得到虚拟的故障有效元的信号值，以此校正图像的非均匀性。但由于现有的红外焦平面阵列器件一般都采用行选通、列输出的方式设计读出电路，所以该方法要等所有有效元的信号值都上传后才能根据周围的信号值求得算术平均值，实时性不强，并且该方法通过多点标定计算复杂，一旦故障有效元周围的有效元也无法正常工作，图像处理的计算量进一步增大，效率更低，速度更慢，处理结果也不可靠。由于图像处理算法只能对最终的入射红外辐射响应值进行处理，但盲元或参考元对入射红外无响应，所以当读出电路的盲元电阻或参考元电阻出现故障时，图像处理技术难以对故障的盲元或参考元进行校正或赋值，无法根据图像处理算法对盲元或参考元进行修复，从而提高器件良率。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种红外焦平面探测器的读出电路及提高良率的方法，当单元电路故障时，在不影响当前工作的有效元电路行的情况下，通过自动电路切换实现故障单元电路的有效替换，实时解决有效元或盲元或参考元的故障问题，并从根本上提高像元的良率，校正焦平面阵列的非均匀性。根据本专利技术的一个方面，提供了一种非制冷红外焦平面探测器的读出电路，包括像元阵列，所述像元阵列包括M行×N列有效元电路，每列还包括一个盲元电路、一个积分电路，每行还包括一个参考元电路，所述M、N为大于1的整数，每行有效元电路的电流由该行的参考元电路镜像提供，每列有效元电路的第一端分别连接该列的积分电路的反相输入端，盲元电路的第一输出端连接该列积分电路的同相输入端，所有积分电路的输出端连接A/D转换器的输入端；其特征在于，所述读出电路还包括行选通晶体管、控制模块，所述行选通晶体管的输出端连接有效元电路的第一输入端，所述控制模块的第一输出端连接行选通晶体管的输入端，第二输出端连接有效元电路的第二输入端，所述有效元电路的输出端连接控制模块的第一输入端；所述控制模块用于获得第一选通信号，所述行选通晶体管用于根据第一选通信号逐行选通有效元电路，所述有效元电路用于获得电流信号，所述控制模块还用于根据电流信号判断对应的有效元电路是否存在故障，并在其存在故障时获得第二选通信号，用故障有效元电路相邻行的有效元电路替代故障有效元电路。优选地，每个所述有效元电路包括：有效元电阻、第一选通开关、第二选通开关；所述有效元电阻的第二端用于接地，第一端连接第一选通开关的第二端；所述第一选通开关的第一端作为所述有效元电路的第一端，第一选通开关的第二端还连接有第二选通开关的第一端；所述第二选通开关的第二端连接同列相邻的有效元电路的第一端；所述第一选通开关的输入端作为有效元电路的第一输入端，第二选通开关的输入端作为有效元电路的第二输入端。优选地，所述第一选通开关为第一MOS管，所述第一MOS管的漏极作为第一选通开关的第一端，源极作为第一选通开关的第二端，栅极作为第一选通开关的输入端，用于外加第一偏置电压。优选地，所述第二选通开关为第二MOS管，所述第二MOS管的漏极作为第二选通开关的第一端，源极作为第二选通开关的第二端，栅极作为第二选通开关的输入端，用于外加第二偏置电压。优选地，所述控制模块的第三输出端分别连接每个参考元电路的输入端，每个所述参考元电路包括一行参考元电阻，其中一个参考元电阻作为工作参考元电阻，所述工作参考元电阻的第一输出端作为参考元电路的第一输出端，用于将电流镜像给该行的有效元电路，且工作参考元电阻的第二输出端连接控制模块的第二输入端；每个参考元电阻与同列或同行相邻的参考元电阻并联并在联接处设置有选通开关；所述选通开关的输入端作为所述参考元电路的输入端，所述选通开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非制冷红外焦平面探测器的读出电路，包括像元阵列，所述像元阵列包括M行×N列有效元电路，每列还包括一个盲元电路、一个积分电路，每行还包括一个参考元电路，所述M、N为大于1的整数，每行有效元电路的电流由该行的参考元电路镜像提供，每列有效元电路的第一端分别连接该列的积分电路的反相输入端，盲元电路的第一输出端连接该列积分电路的同相输入端，所有积分电路的输出端连接A/D转换器的输入端；其特征在于，所述读出电路还包括行选通晶体管、控制模块，所述行选通晶体管的输出端连接有效元电路的第一输入端，所述控制模块的第一输出端连接行选通晶体管的输入端，第二输出端连接有效元电路的第二输入端，所述有效元电路的输出端连接控制模块的第一输入端；所述控制模块用于获得第一选通信号，所述行选通晶体管用于根据第一选通信号逐行选通有效元电路，所述有效元电路用于获得电流信号，所述控制模块还用于根据电流信号判断对应的有效元电路是否存在故障，并在其存在故障时获得第二选通信号，用故障有效元电路相邻行的有效元电路替代故障有效元电路。

【技术特征摘要】
1.一种非制冷红外焦平面探测器的读出电路，包括像元阵列，所述像元阵列包括M行×N列有效元电路，每列还包括一个盲元电路、一个积分电路，每行还包括一个参考元电路，所述M、N为大于1的整数，每行有效元电路的电流由该行的参考元电路镜像提供，每列有效元电路的第一端分别连接该列的积分电路的反相输入端，盲元电路的第一输出端连接该列积分电路的同相输入端，所有积分电路的输出端连接A/D转换器的输入端；其特征在于，所述读出电路还包括行选通晶体管、控制模块，所述行选通晶体管的输出端连接有效元电路的第一输入端，所述控制模块的第一输出端连接行选通晶体管的输入端，第二输出端连接有效元电路的第二输入端，所述有效元电路的输出端连接控制模块的第一输入端；所述控制模块用于获得第一选通信号，所述行选通晶体管用于根据第一选通信号逐行选通有效元电路，所述有效元电路用于获得电流信号，所述控制模块还用于根据电流信号判断对应的有效元电路是否存在故障，并在其存在故障时获得第二选通信号，用故障有效元电路相邻行的有效元电路替代故障有效元电路。2.如权利要求1所述的读出电路，其特征在于，每个所述有效元电路包括：有效元电阻、第一选通开关、第二选通开关；所述有效元电阻的第二端用于接地，第一端连接第一选通开关的第二端；所述第一选通开关的第一端作为所述有效元电路的第一端，第一选通开关的第二端还连接有第二选通开关的第一端；所述第二选通开关的第二端连接同列相邻的有效元电路的第一端；所述第一选通开关的输入端作为有效元电路的第一输入端，第二选通开关的输入端作为有效元电路的第二输入端。3.如权利要求2所述的读出电路，其特征在于，所述第一选通开关为第一MOS管，所述第一MOS管的漏极作为第一选通开关的第一端，源极作为第一选通开关的第二端，栅极作为第一选通开关的输入端，用于外加第一偏置电压。4.如权利要求3所述的读出电路，其特征在于，所述第二选通开关为第二MOS管，所述第二MOS管的漏极作为第二选通开关的第一端，源极作为第二选通开关的第二端，栅极作为第二选通开关的输入端，用于外加第二偏置电压。5.如权利要求1所述的读出电路，其特征在于，所述控制模块的第三输出端分别连接每个参考元电路的输入端，每个所述参考元电路包括一行参考元电阻，其中一个参考元电阻作为工作参考元电阻，所述工作参考元电阻的第一输出端作为参考元电路的第一输出端，用于将电流镜像给该行的有效元电路，且工作参考元电阻的第二输出端连接控制模块的第二输入端；每个参考元电阻与同列或同行相邻的参考元电阻并联并在联接处设置有选通开关；所述选通开关的输入端作为所述参考元电路的输入端，所述选通开关的输入端作为所述参考元电路的输入端。6.如权利要求1所述的读出电路，其特征在于，所述控制模块的第三输出端分别连接每个盲元电路的输入端，所述盲元电路包括一列盲元电阻，其中一个盲元电阻作为工作盲元电阻，所述工作盲元电阻的第一输出端作为所述盲元电路的第一输出端，第二输出端连接控制模块的第二输入端；每个盲元电阻与同列相邻的盲元电阻并联并在联接处设置有选通开关，所述选通开关的输入端作为所述盲元电路的输入端。7.如权利要求5或6所述的读出电路，其特征在于，所述选通开关为MOS管，所述MOS管的栅极...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡光艳，马占锋，高健飞，黄立，
申请(专利权)人：武汉高德红外股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42