一种用于红外面阵型探测器读出电路的高速输出缓冲器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于红外面阵型探测器读出电路的高速输出缓冲器，其主要包括运算放大器电路，推挽电路两部分电路。其优越性在于：应用于红外面阵型探测器读出电路中，能够提高输出缓冲器电路对负载的驱动能力，较大的输入/输出摆幅，快速的电路信号输出速度，并且保证较低的工作功耗。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于红外探测领域，尤其涉及半导体集成电路标准CMOS工艺的一种应用于红外面阵型探测器读出电路的高速输出缓冲器。
技术介绍
读出电路(Readout Integrated Circuit，ROIC)是非制冷红外焦平面阵列探测器的核心部件之一。目前，读出电路主要使用标准CMOS工艺制作，其基本功能是将红外焦平面阵列中探测元的光电特性信号进行转换、放大后输出到成像电路中。读出电路的性能直接决定了探测器的成像质量，其测试信号非常微弱，因此对电路的要求也比较苛刻。随着红外焦平面技术的发展，阵列越来越大，像素尺寸越来越小，对功耗和成本的要求也越来越高。读出电路在很多情况下已成为限制非制冷红外焦平面技术进一步发展的瓶颈，当然也是影响我国非制冷红外焦平面阵列探测器快速发展的关键技术之一。高速输出缓冲器电路用于将经过积分放大、采样/保持后的信号高速串行输出，并驱动读出电路芯片外的负载。高速输出缓冲器电路采用单位增益负反馈运算放大器结构，为达到高速、高精度、高性能的要求，设计时应有较低的噪声和失调电压影响，较大的输入/输出摆幅和带宽，以及较高的增益、稳定性、电源抑制比和负载驱动能力，同时要尽量降低的功耗。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种用于红外面阵型探测器读出电路的高速输出缓冲器。为实现本技术的目的，本技术所采用的技术方案是：一种用于红 外面阵型探测器读出电路的高速输出缓冲器，包括两级电路，运算放大器电路和推挽电路，两级电路通过Vp1端与Vn1端相连接，VCC为电源端，GND为接地端，Vp端和Vn端为输入电压信号，Ip端和In端为运算放大器电路输入部分转化的电流信号，Vout端为输出信号，Vb1端、Vb2端、Vb3端、Vb4端、Vb5端为输入偏置电压，Ctrl端为输入时钟控制端，缓冲器工作时，Vp外接激励信号，Vn作为反馈端与输出信号端Vout相连，形成闭环系统，首先，输入时钟信号通过Ctrl端，控制运算放大器电路使能，电压信号Vp、Vn输入前一级运算放大器电路，输入部分电路将输入的电压信号转换为电流信Ip、In，经过折叠式运放电路，输出电压信号Vp1、Vn1，最后，经过两级之间的补偿电路，由后一级的推挽电路输出电压信号Vout。与现有技术相比，本技术的有益效果是：采用两级结构，前一级采用折叠式运放结构，保证了较大输出摆幅，提高了增益；后一级采用推挽电路结构，有效提高摆率，缩短信号建立时间。两级电路之间，加入了补偿电路，以保证输出信号稳定，提高相位裕度，提高电路稳定性。附图说明图1所示为本技术实施例一种用于红外面阵型探测器读出电路的高速输出缓冲器的电路图；图2所示为本技术实施例一种用于红外面阵型探测器读出电路的高速输出缓冲器中运算放大器电路的电路图；图3所示为本技术实施例一种用于红外面阵型探测器读出电路的高速输出缓冲器中推挽电路的电路图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，其既可以指代某一部件与另一部件直接连接，也可以指代某一部件通过其他部件与另一部件相连接。如图1所示，本申请提供了一种用于红外面阵型探测器读出电路的高速输出缓冲器，包括两级电路，运算放大器电路和推挽电路，两级电路通过Vp1端与Vn1端相连接，VCC为电源端，GND为接地端，Vp端和Vn端为输入电压信号，Ip端和In端为运算放大器电路输入部分转化的电流信号，Vout端为输出信号，Vb1端、Vb2端、Vb3端、Vb4端、Vb5端为输入偏置电压，Ctrl端为输入时钟控制端，缓冲器工作时，Vp外接激励信号，Vn作为反馈端与输出信号端Vout相连，形成闭环系统，首先，输入时钟信号通过Ctrl端，控制运算放大器电路使能，电压信号Vp、Vn输入前一级运算放大器电路，输入部分电路将输入的电压信号转换为电流信Ip、In，经过折叠式运放电路，输出电压信号Vp1、Vn1，最后，经过两级之间的补偿电路，由后一级的推挽电路输出电压信号Vout。如图2所示，在优选的实施例中，所述运算放大器电路采用折叠式运放结构，输入时钟信号通过Ctrl端，控制信号输入电路通断，Mn1管作为一个开关管，当Ctrl输入高电平时，Mn1管开启，缓冲器整体电路开始工作，Mn2栅极接偏置电压Vb3作用为电流源，通过调节Mn2管可调节输入对管的偏置电流，输入电压信号Vp、Vn，通过输入对管Mp1、Mp2的栅极，将电压信号输入至电路中，当Vp、Vn产生变化时，通过Mp1、Mp2、Mn2和Mn1影响Ip、In的电流大小，从而将输入的电压信号Vp、Vn转换为电流信号Ip、In，Mp5、Mp6和Mn5、Mn6栅极接偏置电压Vb1、Vb2控制运放的偏执电流，作用与Mn2管相似，Mp3、Mp4和Mn3、Mn4采用电流境结构，增加运放增益，提高电路稳 定性，输入的电压信号Vp、Vn转换为电流信号Ip、In，当Vp、Vn发生变化时，通过Ip、In影响折叠式运放电路中的电流，并通过Mp7、Mn7和Mp8、Mn8输出共模电压信号Vp1、Vn1。如图3所示，在优选的实施例中，折叠式运算放大器输出电压信号Vp1、Vn1，通过Mp9、Mn9的栅极输入后一级推挽电路结构，当Vp1、Vn1电压发生变化，直接影响Mp9、Mn9的通断状态，当Vp1、Vn1电压较高时，Mp9管截止，Mn9管饱和，输出端Vout经过Mn9管接GND，输出端对地放电；当Vp1、Vn1电压较低时，Mp9管饱和，Mn9管截止，输出端Vout经过Mp9管接VCC，VCC对输出端充电，通常Mp9、Mn9组成的推挽电路在工作时，会提供很大工作电流，提高缓冲器的摆率，大大缩短建立时间，实现信号快速转换。在优选的实施例中，采用两组尺寸相同的Mp7、Mn7和Mp8、Mn8管，为推挽电路输出一个共模电压信号。在优选的实施例中，由Mp9、Mn9组成推挽电路，由栅极输入共模电压信号，保证推挽结构中Mp9、Mn9至少有一个导通。在优选的实施例中，在两级电路之间加入了补偿电路C1、R1串联和C2、R2串联组成，以此提高电路的稳定性，增大相位裕度，提高电压快速转换中信号稳定速度。在优选的实施例中，Mn1管作为高速输出缓冲器的控制开关，通过开关信号Ctrl控制整个电路通断。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出的是，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于红外面阵型探测器读出电路的高速输出缓冲器，其特征在于，包括两级电路，运算放大器电路和推挽电路，两级电路通过Vp1端与Vn1端相连接，VCC为电源端，GND为接地端，Vp端和Vn端为输入电压信号，Ip端和In端为运算放大器电路输入部分转化的电流信号，Vout端为输出信号，Vb1端、Vb2端、Vb3端、Vb4端、Vb5端为输入偏置电压，Ctrl端为输入时钟控制端，缓冲器工作时，Vp外接激励信号，Vn作为反馈端与输出信号端Vout相连，形成闭环系统，首先，输入时钟信号通过Ctrl端，控制运算放大器电路使能，电压信号Vp、Vn输入前一级运算放大器电路，输入部分电路将输入的电压信号转换为电流信Ip、In，经过折叠式运放电路，输出电压信号Vp1、Vn1，最后，经过两级之间的补偿电路，由后一级的推挽电路输出电压信号Vout。

【技术特征摘要】
1.一种用于红外面阵型探测器读出电路的高速输出缓冲器，其特征在于，包括两级电路，运算放大器电路和推挽电路，两级电路通过Vp1端与Vn1端相连接，VCC为电源端，GND为接地端，Vp端和Vn端为输入电压信号，Ip端和In端为运算放大器电路输入部分转化的电流信号，Vout端为输出信号，Vb1端、Vb2端、Vb3端、Vb4端、Vb5端为输入偏置电压，Ctrl端为输入时钟控制端，缓冲器工作时，Vp外接激励信号，Vn作为反馈端与输出信号端Vout相连，形成闭环系统，首先，输入时钟信号通过Ctrl端，控制运算放大器电路使能，电压信号Vp、Vn输入前一级运算放大器电路，输入部分电路将输入的电压信号转换为电流信Ip、In，经过折叠式运放电路，输出电压信号Vp1、Vn1，最后，经过两级之间的补偿电路，由后一级的推挽电路输出电压信号Vout。2.根据权利要求1所述的用于红外面阵型探测器读出电路的高速输出缓冲器，其特征在于，所述运算放大器电路采用折叠式运放结构，输入时钟信号通过Ctrl端，控制信号输入电路通断，Mn1管作为一个开关管，当Ctrl输入高电平时，Mn1管开启，缓冲器整体电路开始工作，Mn2栅极接偏置电压Vb3作用为电流源，通过调节Mn2管可调节输入对管的偏置电流，输入电压信号Vp、Vn，通过输入对管Mp1、Mp2的栅极，将电压信号输入至电路中，当Vp、Vn产生变化时，通过Mp1、Mp2、Mn2和Mn1影响Ip、In的电流大小，从而将输入的电压信号Vp、Vn转换为电流信号Ip、In，Mp5、Mp6和Mn5、Mn6栅极接偏置电压Vb1、Vb2控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，陈力颖，
申请(专利权)人：天津维晟微科技有限公司，天津工业大学，
类型：新型
国别省市：天津;12