抗辐照高动态焦平面读出电路制造技术

本发明专利技术提供一种抗辐照高动态焦平面读出电路，包括可调补偿电流源、运算放大器和积分电容，可调补偿电流源的第一端接地，第二端连接积分电容的第一端，积分电容的第一端还与未遮蔽焦平面探测器的输出端以及运算放大器的反相输入端连接，第二端与运算放大器的输出端连接，运算放大器的同相输入端连接参考电压，可调补偿电流源提供补偿电流和高动态调整电流，补偿电流用于抵消所述焦平面探测器辐照之后增加的暗电流，从而实现焦平面探测器抗辐射加固；高动态调整电流用于压缩焦平面探测器输出的光生电流，以使所述积分电容在相同输出摆幅条件下能够表征更大的光生电流值，从而实现高动态范围。

High dynamic focal plane readout circuit with anti irradiation

The invention provides an anti radiation high dynamic focal plane read-out circuit, including adjustable compensation current source, operational amplifier and integral capacitance, the first end grounding of the adjustable compensation current source, the first end of the second end connecting integral capacitance, the first end of the integral capacitor and the output end of the unshielded focal plane detector and operation amplification. The second end is connected with the output end of the operational amplifier. The phase input terminal of the operational amplifier connects the reference voltage. The compensable current source can provide compensation current and high dynamic current adjustment. The compensation current is used to offset the increased dark current after the focal plane detector is irradiated, thus the focal plane is realized. The surface detector is resistant to radiation, and the high dynamic adjustment current is used to compress the output current of the focal plane detector, so that the integrated capacitance can represent a larger optical current value under the same output swing condition, thus achieving a high dynamic range.

【技术实现步骤摘要】
抗辐照高动态焦平面读出电路
本专利技术属于焦平面信号读出领域，具体涉及一种抗辐照高动态焦平面读出电路。
技术介绍
以短波红外为代表的焦平面成像系统在航天、军事领域有着广泛的应用。在这些高端应用的场景中，抗辐照能力的强弱均作为了衡量焦平面成像系统性能的重要指标。焦平面成像系统通常包括焦平面探测器以及焦平面读出电路两部分。读出电路本身，通过现有的环形栅结构、保护环设计等技术手段可以达到比较好的抗辐照效果。但是辐照将对焦平面探测器产生非常大的影响，致使焦平面探测器暗电流成指数增长，远远大于探测器本身的暗电流，甚至淹没光生电流，使得整个焦平面成像系统失效。因此，焦平面探测器的抗辐照加固是整个焦平面成像系统的关键。现有技术中，对焦平面探测器的抗辐照加固通常需要复杂的结构与工艺设计实现，这些复杂的设计将使得焦平面探测器成本升高，且这些技术门槛较高，并一直对外保密。另外，对于焦平面成像系统而言，通常需要较大的动态范围，才能够在高低不同的背景条件下成像。通常通过设置大小不同的两个积分电容来实现，小积分电容应用于低背景条件下，表现出高的电荷电压转换增益，能将弱光转换为电压信号；大积分电容应用于高背景条件下，表现出低的电荷电压转换增益，能将强光转换为电压信号。由此，目前焦平面成像系统中焦平面探测器的抗辐照成本较高且结构复杂，焦平面成像系统需要采用两个电容来保证读出电路高动态范围，使得读出电路的面积较大。
技术实现思路
本专利技术提供一种抗辐照高动态焦平面读出电路，以解决目前焦平面探测器抗辐照成本较高、结构复杂且读出电路面积较大的问题。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种抗辐照高动态焦平面读出电路，包括可调补偿电流源、运算放大器和积分电容，所述可调补偿电流源的第一端接地，第二端连接所述积分电容的第一端，所述积分电容的第一端还与未遮蔽焦平面探测器的输出端以及所述运算放大器的反相输入端连接，第二端与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的同相输入端连接参考电压，所述可调补偿电流源提供补偿电流和高动态调整电流，所述补偿电流用于抵消所述焦平面探测器辐照之后增加的暗电流，从而实现所述焦平面探测器抗辐照加固；所述高动态调整电流用于压缩所述焦平面探测器输出的光生电流，以使所述积分电容在相同输出摆幅条件下能够表征更大的光生电流值，从而实现高动态范围。在一种可选的实现方式中，还包括与所述积分电容并联的复位开关。在另一种可选的实现方式中，所述可调补偿电流源包括用于提供补偿电流的镜像电流源，所述镜像电流源的输入端与遮蔽焦平面探测器的输出端连接，用于将遮蔽焦平面探测器输出的电流作为暗电流镜像提供给所述积分电容的第一端，所述遮蔽焦平面探测器不可探测目标光源。在另一种可选的实现方式中，所述镜像电流源包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的漏极连接所述遮蔽焦平面探测器的输出端，栅极连接所述第二MOS管的栅极，源极接地并连接所述第二MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极接地，漏极连接所述积分电容的第一端。在另一种可选的实现方式中，所述积分电容为在低背景条件下将弱光转换为电压信号的小积分电容。在另一种可选的实现方式中，当焦平面探测器处于低背景条件下时，将所述高动态调整电流设置为0。在另一种可选的实现方式中，当焦平面探测器处于高背景条件下时，将所述焦平面探测器输出的光生电流减去所述高动态调整电流作为实际光生电流，并将所述实际光生电流提供给所述积分电容的第一端，由此来压缩所述焦平面探测器输出的光生电流，以使所述积分电容在相同输出摆幅条件下能够将高动态范围内的光生电流转换为电压信号。在另一种可选的实现方式中，当焦平面探测器处于高背景条件下时，所述抗辐照高动态焦平面读出电路读出的实际电压与所述积分电容的第二端输出的电压和高动态调整电流有关。在另一种可选的实现方式中，所述高动态调整电流为从预设时间开始呈阶梯状逐级增大或减小。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过对焦平面读出电路的改进，可以在不降低读出电路动态范围的条件下，减小读出电路采样单元面积，并降低实现焦平面成像系统抗辐照加固的成本，简化结构。附图说明图1是本专利技术抗辐照高动态焦平面读出电路的一个实施例电路图；图2是本专利技术可调补偿电流源中镜像电流源的一个实施例电路图；图3是本专利技术高动态范围调整波形比较示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，并使本专利技术实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术实施例中技术方案作进一步详细的说明。在本专利技术的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。参见图1，为本专利技术抗辐照高动态焦平面读出电路的一个实施例电路图。该抗辐照高动态焦平面读出电路可以包括可调补偿电流源5、运算放大器1和积分电容2，所述可调补偿电流源5的第一端接地，第二端连接所述积分电容2的第一端，所述积分电容2的第一端还与未遮蔽焦平面探测器区域的输出端以及所述运算放大器1的反相输入端连接，第二端与所述运算放大器1的输出端连接，所述运算放大器1的同相输入端连接参考电压Vref，所述可调补偿电流源5提供补偿电流icomp和高动态调整电流ihdr，所述补偿电流icomp用于抵消所述焦平面探测器辐照之后增加的暗电流irad，从而实现所述焦平面探测器的抗辐照加固；所述高动态调整电流ihdr用于压缩所述焦平面探测器输出的光生电流idet，以使所述积分电容在相同输出摆幅条件下能够表征更大的光生电流值，从而实现高动态范围。本实施例中，当焦平面成像系统被辐照时，未遮蔽焦平面探测器区域可以对目标光源进行探测并产生光生电流idet，同时未遮蔽焦平面探测器区域还会由于辐照损伤而产生较大的暗电流irad，其大小与辐照量成正比，甚至可能完全淹没光生电流idet。当暗电流irad流入焦平面读出电路时，读出电路中高动态调整电流源5会产生与暗电流irad大小相同，方向相反的补偿电流icomp。补偿电流icomp起到分流暗电流irad的作用，将焦平面探测器辐照产生的暗电流irad全部倒入读出电路衬底之中。根据电荷守恒定律，最终流入积分电容2第一端的电流为idet+irad-icomp，而irad＝icomp，因此辐照之后流入读出电路的电流与辐照之前相同，仍为idet，达到了抗辐照加固的目的。本专利技术通过对读出电路进行加固设计，可以加强探测器抗辐照能力，避免采用复杂的结构对探测器进行抗辐照加固，从而可以提高整个焦平面成像系统的抗辐照水平，并且结构比较简单、成本较低。在获取补偿电流icomp时，本专利技术可以采用镜像电流源，所述镜像电流源的输入端与遮蔽焦平面探测器区域的输出端连接，用于将遮蔽焦平面探测器区域输出的电流作为暗电流，镜像提供给所述积分电容2的第一端，所述遮蔽焦平面探测器区域不可探测目标光源。结合图2所示，所述镜像电流源可以包括第一MOS(Metal-Oxide-SemiconductorTransistor，金属氧化物半导体晶体管)管M1和第二MOS管M2，所述第一MOS管M1的漏极连接所述遮蔽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗辐照高动态焦平面读出电路，其特征在于，包括可调补偿电流源、运算放大器和积分电容，所述可调补偿电流源的第一端接地，第二端连接所述积分电容的第一端，所述积分电容的第一端还与未遮蔽焦平面探测器的输出端以及所述运算放大器的反相输入端连接，第二端与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的同相输入端连接参考电压，所述可调补偿电流源提供补偿电流和高动态调整电流，所述补偿电流用于抵消所述焦平面探测器辐照之后增加的暗电流，从而实现所述焦平面探测器抗辐照加固；所述高动态调整电流用于压缩所述焦平面探测器输出的光生电流，以使所述积分电容在相同输出摆幅条件下能够表征更大的光生电流值，从而实现高动态范围。

【技术特征摘要】
1.一种抗辐照高动态焦平面读出电路，其特征在于，包括可调补偿电流源、运算放大器和积分电容，所述可调补偿电流源的第一端接地，第二端连接所述积分电容的第一端，所述积分电容的第一端还与未遮蔽焦平面探测器的输出端以及所述运算放大器的反相输入端连接，第二端与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的同相输入端连接参考电压，所述可调补偿电流源提供补偿电流和高动态调整电流，所述补偿电流用于抵消所述焦平面探测器辐照之后增加的暗电流，从而实现所述焦平面探测器抗辐照加固；所述高动态调整电流用于压缩所述焦平面探测器输出的光生电流，以使所述积分电容在相同输出摆幅条件下能够表征更大的光生电流值，从而实现高动态范围。2.根据权利要求1所述的抗辐照高动态焦平面读出电路，其特征在于，还包括与所述积分电容并联的复位开关。3.根据权利要求1所述的抗辐照高动态焦平面读出电路，其特征在于，所述可调补偿电流源包括用于提供补偿电流的镜像电流源，所述镜像电流源的输入端与遮蔽焦平面探测器的输出端连接，用于将遮蔽焦平面探测器输出的电流作为暗电流镜像提供给所述积分电容的第一端，所述遮蔽焦平面探测器不可探测目标光源。4.根据权利要求3所述的抗辐照高动态焦平面读出电路，其特征在于，所述镜像电流源包括第一MOS管和第二MOS管，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李毅强，吴治军，任思伟，李梦萄，刘戈杨，钟四成，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50