一种非制冷红外焦平面阵列的读出电路制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种非制冷红外焦平面阵列的读出电路，包括：产生探测输出信号的第一偏置电路、产生第一参考输出信号的第二偏置电路、第一积分电路和模数转换电路，模数转换电路包括斜坡信号发生器，该斜坡信号发生器基于第三偏置电路中的第二参考微测辐射热计的输出生成斜坡信号。该读出电路中，探测输出信号和第一参考输出信号的“做差”和“放大”由积分器在模拟域完成，而“求比例”由模数转换器在模数转换的过程中完成，模数转换与红外探测结合更加紧密。而且，参考微测辐射热计在列级集成的读出通道中仅使用了一个，在芯片级的斜坡信号发生器中也仅用了一个，在面积上更节约，且有较少的噪声源。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术实施例公开了一种非制冷红外焦平面阵列的读出电路，包括：产生探测输出信号的第一偏置电路、产生第一参考输出信号的第二偏置电路、第一积分电路和模数转换电路，模数转换电路包括斜坡信号发生器，该斜坡信号发生器基于第三偏置电路中的第二参考微测辐射热计的输出生成斜坡信号。该读出电路中，探测输出信号和第一参考输出信号的“做差”和“放大”由积分器在模拟域完成，而“求比例”由模数转换器在模数转换的过程中完成，模数转换与红外探测结合更加紧密。而且，参考微测辐射热计在列级集成的读出通道中仅使用了一个，在芯片级的斜坡信号发生器中也仅用了一个，在面积上更节约，且有较少的噪声源。【专利说明】—种非制冷红外焦平面阵列的读出电路
本专利技术涉及红外焦平面阵列
，尤其是涉及一种非制冷红外焦平面阵列的读出电路。
技术介绍
微测辐射热计红外成像系统作为一种热敏型红外探测器，若不采用特别的补偿方式，其探测结果与衬底温度是相关的。在实际使用中，希望红外探测的结果仅与探测目标温度相关，而与其它因素无关。传统非制冷微测福射热计红外成像系统中使用热电制冷器(Thermo-E IectricCooler, TEC)实现衬底温度补偿。然而，TEC本身具有一定的体积和功耗，从而使非制冷红外焦平面阵列探测器的应用受到一定程度的影响，所以人们尝试去除TEC。但是，去除TEC后的微测辐射热计红外成像系统，随着衬底温度的变化会导致焦平面阵列极大的非均匀性和非线性等非理想效应，从而影响读出结果。解决无TEC的非制冷红外焦平面阵列探测器的非理想效应的关键技术，一方面在于工艺上的改进，另一方面在于具有非均匀性校正功能的读出电路的设计，从电路上对非均匀性进行补偿，使得非制冷红外焦平面阵列探测器在没有TEC作为温度稳定装置的情况下，也能正常工作，输出具有良好质量的图像。同时，将模拟信号在芯片内部转换为数字信号输出是一种保证图像质量的有效手段。现有的具有模数转换功能的无TEC非制冷红外焦平面读出电路中，采用恒压偏置探测微测辐射热计及其参考微测辐射热计的方式获取红外辐射信号，在电路中增加列级集成的参考微测辐射热计以实现衬底温度补偿，即每列读出通道中使用两个参考微测辐射热计。获取的红外辐射信号经积分器放大，再模数转换器转换为数字信号输出。现有技术的读出电路中，模数转换与红外探测本身没有关系。此外，由于每列读出通道中使用两个参考微测辐射热计，在电路中增加了噪声源，同时也增加了较大的芯片面积。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种其中使用的参考微测辐射热计更少、更加节约芯片面积的非制冷红外焦平面阵列的读出电路。本专利技术的目的之一是提供一种其中模数转换与红外探测接合的更加紧密的非制冷红外焦平面阵列的读出电路。本专利技术公开的技术方案包括: 提供了一种非制冷红外焦平面阵列的读出电路，其特征在于，包括:第一偏置电路，所述第一偏置电路连接到探测微测辐射热计单元，所述第一偏置电路基于所述探测微测辐射热计单元的电学性质产生探测输出信号；第二偏置电路，所述第二偏置电路包括第一参考微测辐射热计单元，所述第二偏置电路基于所述第一参考微测辐射热计单元的电学性质产生第一参考输出信号；第一积分电路，所述第一偏置电路和所述第二偏置电路连接到所述第一积分电路，所述第一积分电路将所述探测输出信号和所述第一参考输出信号做差并将所述探测输出信号和所述第一参考输出信号的差放大，产生积分输出信号；模数转换电路，所述第一积分电路连接到所述模数转换电路，并且所述模数转换电路将所述积分输出信号转换成数字输出信号；其中所述模数转换电路包括斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器包括:斜坡信号生成电路；第三偏置电路，所述第三偏置电路连接到所述斜坡信号生成电路；所述第三偏置电路包括第二参考微测辐射热计，所述第三偏置电路基于所述第二参考微测辐射热计的电学性质产生第二参考输出信号并将所述第二参考输出信号输出到所述斜坡信号生成电路；所述斜坡信号生成电路基于所述第二参考输出信号生成斜坡信号。本专利技术的一个实施例中，所述第一偏置电路包括:第一恒流源，所述第一恒流源连接到所述探测微测辐射热计单元的一端；第一运算放大器；其中所述探测微测辐射热计单元的与所述第一恒流源连接的一端还连接到所述第一运算放大器的同相输入端。本专利技术的一个实施例中，所述第二偏置电路还包括:第二恒流源，所述第二恒流源连接到所述第一参考微测辐射热计单元的一端；第二运算放大器；其中所述第一参考微测辐射热计单元的与所述第二恒流源连接的一端还连接到所述第二运算放大器的同相输入端；所述第二恒流源与所述第一恒流源的偏置电流相等。本专利技术的一个实施例中，所述第三偏置电路还包括:第三恒流源，所述第三恒流源连接到所述第二参考微测辐射热计的一端；第三运算放大器；其中所述第二参考微测辐射热计的与所述第三恒流源连接的一端还连接到所述第三运算放大器的同相输入端；所述第三恒流源的偏置电流小于所述第一恒流源或者所述第二恒流源的偏置电流。本专利技术的一个实施例中，所述积分电路包括第四运算放大器、积分电阻和积分电容，其中:所述第一偏置电路通过所述积分电阻连接到所述第四运算放大器的反相输入端；所述第二偏置电路连接到所述第四运算放大器的同相输入端；所述第四运算放大器的所述反相输入端通过所述积分电容连接到所述第四运算放大器的输出端。本专利技术的一个实施例中，所述斜坡信号生成电路包括电流镜电路和第二积分电路，所述第三偏置电路连接到所述电流镜电路，所述电流镜电路连接到所述第二积分电路。本专利技术的一个实施例中，所述模数转换电路还包括:比较器，所述第一积分电路连接到所述比较器的第一输入端，所述斜坡信号发生器连接到所述比较器的第二输入端；计数器；寄存器组，所述比较器的输出端和所述计数器的输出端连接到所述寄存器组；其中所述比较器比较所述积分输出信号和所述斜坡信号；所述寄存器组基于所述积分输出信号和所述斜坡信号的比较结果以及所述计数器的计数结果产生所述数字输出信号。本专利技术的一个实施例中，所述计数器为双边沿格雷码计数器。本专利技术的实施例中的读出电路中，探测输出信号和第一参考输出信号的“做差”和“放大”由积分器在模拟域完成，而“求比例”由模数转换器在模数转换的过程中完成，模数转换成为红外探测的一个部分，与红外探测结合更加紧密。而且，参考微测辐射热计在列级集成的读出通道中仅使用了一个，而芯片级的斜坡信号发生器中也仅用了一个参考微测辐射热计，因此在面积上更节约，且有较少的噪声源。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术一个实施例的非制冷红外焦平面阵列的读出电路的结构框图示意图。图2是本专利技术一个实施例的第一偏置电路的结构示意图。图3是本专利技术一个实施例的在不同的衬底温度下第一偏置电路的输出信号与目标温度的关系曲线示意图。图4是本专利技术一个实施例的第二偏置电路的结构示意图。图5是本专利技术一个实施例的在不同的衬底温度下第二偏置电路的输出信号与目标温度的关系曲线示意图。图6是本专利技术一个实施例的第一积分电路的结构示意图。图7是本专利技术一个实施例的在不同的衬底温度下第一积分电路的输出信号与积分时间的关系曲线示意图。图8是本专利技术一个实施例的斜坡信号发生器的结构示意图。图9是本专利技术一个实施例的在不同的衬底温度下斜坡信号发生器输出的斜坡信号与模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非制冷红外焦平面阵列的读出电路，其特征在于，包括：第一偏置电路，所述第一偏置电路连接到探测微测辐射热计单元，所述第一偏置电路基于所述探测微测辐射热计单元的电学性质产生探测输出信号；第二偏置电路，所述第二偏置电路包括第一参考微测辐射热计单元，所述第二偏置电路基于所述第一参考微测辐射热计单元的电学性质产生第一参考输出信号；第一积分电路，所述第一偏置电路和所述第二偏置电路连接到所述第一积分电路，所述第一积分电路将所述探测输出信号和所述第一参考输出信号做差并将所述探测输出信号和所述第一参考输出信号的差放大，产生积分输出信号；模数转换电路，所述第一积分电路连接到所述模数转换电路，并且所述模数转换电路将所述积分输出信号转换成数字输出信号；其中所述模数转换电路包括斜坡信号发生器，所述斜坡信号发生器包括：斜坡信号生成电路；第三偏置电路，所述第三偏置电路连接到所述斜坡信号生成电路；所述第三偏置电路包括第二参考微测辐射热计，所述第三偏置电路基于所述第二参考微测辐射热计的电学性质产生第二参考输出信号并将所述第二参考输出信号输出到所述斜坡信号生成电路；所述斜坡信号生成电路基于所述第二参考输出信号生成斜坡信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕坚，阙隆成，周云，魏林海，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51