一种线列型红外焦平面读出电路及信号处理方法技术

本发明专利技术公开了一种线列型红外焦平面读出电路及信号处理方法。该线列型红外焦平面读出电路在现有的TDI线列型读出电路基础上做了功能上的优化，包括增益TDI模块、非增益TDI模块、信号检测模块及输出模块，并将增益TDI模块和信号检测模块有效地结合起来，无需外部调控，实现电路工作模式的自动切换，既能处理微小信号保证信噪比，同时又能处理大信号保证信号输出范围。而这种自适应信号的设计方法不需要对现有的TDI线列型读出电路结构进行颠覆性的改动，原理容易理解，相关电路模块设计简单，为读出电路的多功能化和智能化提供了一种可行的解决方案。

A linear infrared focal plane readout circuit and signal processing method

The invention discloses a linear infrared focal plane readout circuit and signal processing method. The linear infrared focal plane readout circuit in TDI linear current readout circuit based on the optimization of the function, including the gain of TDI module, TDI module, non gain signal detection module and output module, and the gain of the TDI module and the signal detection module are combined effectively, without external control, automatic switching the circuit model, which can deal with both small signal to ensure the signal-to-noise ratio, and can handle large signal to ensure the signal output range. The design method of the adaptive signal without the need for TDI linear type existing readout circuit for a radical change, the principle of easy to understand, the relevant circuit module has the advantages of simple design, provides a feasible solution for multi function and intelligent readout circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种线列型红外焦平面读出电路及信号处理方法
本专利技术涉及微电子学领域，特别涉及一种线列型红外焦平面读出电路及信号处理方法。
技术介绍
红外焦平面探测器具有隐蔽性强、获得地面目标信息广、不受可见光限制全天候工作、抗干扰能力较强等优点，被广泛应用于预警探测、情报侦察以及农牧业、森林资源的调查、气象预报、太空天文探测等军事和民用领域。读出电路是红外焦平面探测器的关键组成部分，其功能在于实现对红外探测器感应到的红外辐射信号进行前端处理。红外信号经过读出电路积分、采样、放大、滤波后，进入成像系统，实现图像显示。目前，红外焦平面读出电路主要分为面阵型和线列型两种，而线列型读出电路因其扫描速度快、扫描范围广的特点，多应用于高空预警和侦查等活动。而线列型读出电路越来越多的应用场合，对读出电路提出了更多的挑战：1、因探测器所能感应的红外信号较小，读出电路通常要求高信噪比。TDI结构的电路因其信噪比高成为常用线列型读出电路结构。采用多元平均算法的TDI结构，可以在提高信噪比的同时保证信号准确读取，不被噪声淹没。TDI结构在信号累加平均的同时，对电路等效输入噪声也进行了平均，这样，使电路的信噪比提高了倍，其中，N为参与TDI的像元个数。2、高空应用要求红外探测器能够适应大幅度的信号变化。这样，就要求读出电路能够处理的信号从极微弱达到极大。对于极微弱信号，甚至可能与电路的噪声相当，这对读出电路的信号识别和处理能力是极大的挑战。而对于极大信号，则要求电路有强大的电荷处理能力，避免迅速达到饱和。现有TDI多元累加后平均的算法，对微小信号的处理能力有限，因此需要对其进行优化设计，增强其处理小信号的能力。3、对于外部参数不明确的条件下，通过修改积分时间等实现大小信号处理的转换是无法实现的。这时，需要对内部电路的功能进行扩展和优化，实现信号处理的自适应。对于读出电路来说，处理大信号和小信号时电路的关注点是不一样的。小信号时需考虑将信号放大，保证信噪比和后级信号的传输；大信号则考虑的是电荷处理能力，电路的输出范围。在高空探测时，通常会出现较大幅度的信号变化，若电路采用统一处理模式则无法同时兼顾大、小两种信号的处理。这就要求电路能够采用一种全新的工作方式，可以同时处理大、小信号两种信号。
技术实现思路
为了使线列型红外焦平面读出电路能同时处理大、小两种信号，向多功能、智能化、高集成度的方向发展，本专利技术提供了一种线列型红外焦平面读出电路及信号处理方法。本专利技术提供的线列型红外焦平面读出电路，与N个像素单元连接，包括增益TDI模块、非增益TDI模块、信号检测模块及输出模块；所述非增益TDI模块，用于接收单个像素单元发送的信号，将所述信号进行积分和存储，得到非增益电压信号；所述增益TDI模块，用于接收N个所述像素单元发送的电信号，进行积分处理，并将积分处理后的结果进行累加，得到总的增益电压信号；所述信号检测模块，用于根据饱和参考电平判断所述总的增益电压信号是否饱和，根据判断结果导通所述增益TDI模块与所述输出模块间的链路或者导通所述非增益TDI模块与所述输出模块间的链路；所述输出模块，用于通过所述增益TDI模块与所述输出模块间的链路接收所述总的增益电压信号，并输出；或者，通过所述非增益TDI模块与所述输出模块间的链路接收所述非增益电压信号，并输出。本专利技术提供的线列型红外焦平面读出电路的信号处理方法，所述线列型红外焦平面读出电路与N个像素单元连接，包括以下步骤：接收单个像素单元发送的信号，将所述信号进行积分和存储，得到非增益电压信号；接收N个所述像素单元发送的电信号，进行积分处理，并将积分处理后的结果进行累加，得到总的增益电压信号；根据饱和参考电平判断所述总的增益电压信号是否饱和，根据判断结果导通所述增益TDI模块与所述输出模块间的链路或者导通所述非增益TDI模块与所述输出模块间的链路；通过所述增益TDI模块与所述输出模块间的链路接收所述总的增益电压信号，并输出；或者，通过所述非增益TDI模块与所述输出模块间的链路接收所述非增益电压信号，并输出。本专利技术有益效果如下：本专利技术实施例对现有的TDI线列型读出电路做了功能上的优化，将增益TDI模块和信号检测模块有效地结合起来，无需外部调控，实现电路工作模式的自动切换，既能处理微小信号保证信噪比，同时又能处理大信号保证信号输出范围。而这种自适应信号的设计方法不需要对现有的TDI线列型读出电路结构进行颠覆性的改动，原理容易理解，相关电路模块设计简单，为读出电路的多功能化和智能化提供了一种可行的解决方案。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明图1是本专利技术装置实施例的线列型红外焦平面读出电路的结构示意图；图2是本专利技术装置实施例实例1的线列型红外焦平面读出电路的结构示意图；图3是本专利技术方法实施例线列型红外焦平面读出电路的信号处理方法流程图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。为了解决现有技术线列型红外焦平面读出电路不能同时处理大、小两种信号的问题，本专利技术提供了一种线列型红外焦平面读出电路及其制备方法，以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。根据本专利技术的装置实施例，提供了一种线列型红外焦平面读出电路，图1是本专利技术装置实施例的线列型红外焦平面读出电路的结构示意图，如图1所示，根据本专利技术实施例的线列型红外焦平面读出电路，与N个像素单元连接，包括：包括增益TDI模块、非增益TDI模块、信号检测模块及输出模块，以下对本专利技术实施例的各个模块进行详细的说明。所述非增益TDI模块，用于接收单个像素单元发送的信号，将所述信号进行积分和存储，得到非增益电压信号。所述增益TDI模块，用于接收N个所述像素单元发送的电信号，进行积分处理，并将积分处理后的结果进行累加，得到总的增益电压信号。具体的，所述增益TDI模块包括N个依次连接的增益TDI单元；第i个所述增益TDI单元，用于接收第i个像素单元发送的电信号和第i-1个增益TDI单元发送的第i-1个增益电压信号，对所述第i个像素单元发送的信号进行积分处理，并将积分的结果与所述第i-1个增益电压信号相加，得到第i个增益电压信号，其中1≤i≤N。即所述第1个增益TDI模块，用于接收第1个像素单元发送的信号，进行积分处理，得到电压信号，并将所述电压信号发送至第2个增益TDI模块；所述第i个增益TDI模块，用于接收第i个像素单元发送的信号和第i-1个增益TDI模块发送的电压信号，对所述第i个像素单元发送的信号进行积分处理，并将积分的结果与第i-1个增益TDI模块发送的电压信号相加，得到第i个增益TDI模块的电压信号，其中1＜i≤N。所述信号检测模块，用于根据饱和参考电平判断所述总的增益电压信号是否饱和，根据判断结果导通所述增益T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，与N个像素单元连接，其特征在于，包括增益TDI模块、非增益TDI模块、信号检测模块及输出模块；所述非增益TDI模块，用于接收单个像素单元发送的信号，将所述信号进行积分和存储，得到非增益电压信号；所述增益TDI模块，用于接收N个所述像素单元发送的电信号，进行积分处理，并将积分处理后的结果进行累加，得到总的增益电压信号；所述信号检测模块，用于根据饱和参考电平判断所述总的增益电压信号是否饱和，根据判断结果导通所述增益TDI模块与所述输出模块间的链路或者导通所述非增益TDI模块与所述输出模块间的链路；所述输出模块，用于通过所述增益TDI模块与所述输出模块间的链路接收所述总的增益电压信号，并输出；或者，通过所述非增益TDI模块与所述输出模块间的链路接收所述非增益电压信号，并输出。

【技术特征摘要】
1.一种线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，与N个像素单元连接，其特征在于，包括增益TDI模块、非增益TDI模块、信号检测模块及输出模块；所述非增益TDI模块，用于接收单个像素单元发送的信号，将所述信号进行积分和存储，得到非增益电压信号；所述增益TDI模块，用于接收N个所述像素单元发送的电信号，进行积分处理，并将积分处理后的结果进行累加，得到总的增益电压信号；所述信号检测模块，用于根据饱和参考电平判断所述总的增益电压信号是否饱和，根据判断结果导通所述增益TDI模块与所述输出模块间的链路或者导通所述非增益TDI模块与所述输出模块间的链路；所述输出模块，用于通过所述增益TDI模块与所述输出模块间的链路接收所述总的增益电压信号，并输出；或者，通过所述非增益TDI模块与所述输出模块间的链路接收所述非增益电压信号，并输出。2.如权利要求1所述的线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，所述增益TDI模块包括N个依次连接的增益TDI单元；第i个所述增益TDI单元，用于接收第i个像素单元发送的电信号和第i-1个增益TDI单元发送的第i-1个增益电压信号，对所述第i个像素单元发送的信号进行积分处理，并将积分的结果与所述第i-1个增益电压信号相加，得到第i个增益电压信号，其中1≤i≤N。3.如权利要求1或2所述的线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，所述信号检测模块包括：比较器和控制开关；所述比较器，用于对所述总的增益电压信号与饱和参考电平进行比较，如果所述总的增益电压信号小于所述饱和参考电平，则生成第一控制信号，并输出到所述控制开关；如果所述总的增益电压信号大于所述饱和参考电平，则在生成第二控制信号，并输出到所述控制开关；所述控制开关，包括第一开关和第二开关，用于当接收到所述第一控制信号时，所述第一开关处于开通状态，以导通所述增益TDI模块与所述输出模块间的链路；当接收到所述第二控制信号时，所述第二开关处于开通状态，以导通所述非增益TDI模块与所述输出模块间的链路。4.如权利要求3所述的线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关均为MOS开关。5.如权利要求3所述的线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，所述比较器为迟滞比较器。6.如权利要求3所述的线列型红外焦平面读出电路，其特征在于，所述信号检测模块还包括锁存器；所述锁存...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，岳冬青，李敬国，袁媛，刘万金，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11