具有背景电流自补偿的红外读出电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有背景电流自补偿的红外读出电路，包括电流源补偿模块、自补偿控制模块、接口模块和外围电路。接口模块包括比较器和DAC，电流源补偿模块由接口模块的DAC控制，提供与焦平面阵列背景电流大小相同的补偿电流；自补偿控制模块对背景电流进行计算，并按照最优控制值驱动DAC模块输出控制电压；自补偿控制模块读取储存在ROM内的符合比较器评判标准的补偿值，对背景补偿电流进行反馈调节。该电路及其控制方法，借助单元电路积分器对误差电流进行积分，保证了补偿电流与背景电流补偿的一致性，降低了不同像元的补偿非均匀性。同时还可以针对不同背景电流的大小进行自补偿校正，对不同材料的非制冷焦平面阵列具有兼容性。

【技术实现步骤摘要】
具有背景电流自补偿的红外读出电路
本技术属于光电子技术和测试计量
，特别是一种具有背景电流自补偿的红外读出电路。
技术介绍
热探测器的背景电流由背景红外辐射产生的背景辐射电流和无辐射时探测器在偏置条件下的本底电流构成。在红外成像应用中根据探测目标背景辐射的光子密度，有低背景和高背景之分，通常光子密度高于1013/cm2.s的背景称为高背景。在许多红外系统的成像条件下，目标与背景辐射的对比度相当低，比如在室温(300K)背景中探测温度变化为0.1K的目标。上述三个红外波段在室温(300K)背景下光谱辐射光子密度分别约1012/cm2.s、1016/cm2.s、1017/cm2.s，对比度分别约为10%、3%、l%。对比度定义为背景温度变化lK所引起光子通量变化与整个光子通量的比值。由此可以看出，随着红外波长的增大，背景辐射越来越高，对比度越来越小。热探测器的本底电流也叫暗电流，是探测器的敏感单元在偏置电压下产生的电流，对一些热敏材料，如硅锗硅多量子阱等，该电流在一般情况下远大于有背景辐射产生的电流。除此之外，组成探测器材料表面和内部的载流子扩散以及载流子产生—复合等也可以生成背景电流。背景电流可简单表述为探测器在无光照时的输出电流。热探测器背景电流的大小受探测器敏感材料特性、探测器的偏置电压、温度、探测器单元面积等的影响。传统的读出电路对探测器产生的总电流（背景电流和信号电流）进行积分，在大背景电流下为保证足够的积分时间以探测出隐藏在高背景下的微弱信号，读出电路必须具有极大的积分电容。但是单元电路面积有限，读出电路中只能包含较小的积分电容，大背景电流使电容迅速饱和，积分时间受限。对于长波红外探测器一般都工作在高背景下，背景电流甚至会大于信号电流，读出电路单元在抽取探测器输出电流时积分电容很容易饱和，使读出信噪比、读出动态范围大大降低，甚至使电路不能正常工作，引起红外成像系统故障。在电路的积分过程中对背景电流进行抑制，只对信号电流积分，是一个解决以上问题的好方法。它可以在使用小积分电容积分的同时延长积分时间，这样可以提高系统的信噪比及探测微弱信号的能力。目前的背景电流补偿电路具有以下缺点：1、背景电流补偿电路都是基于开环手动校准的；2、背景电流补偿电路仅适用于某种特性的材料；3、背景电流补偿电路不具有低温度系数和工艺容差性。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种具有背景电流自补偿的红外读出电路，解决了目前红外读出电路基于开环手动校准，仅适用于某种特性的材料且不具有低温度系数和工艺容差性等问题。实现本技术目的的技术解决方案为：一种具有背景电流自补偿的红外读出电路，包括电流源补偿模块、自补偿控制模块、接口模块和外围电路，接口模块包括第一比较器COM1、第二比较器COM2和DAC，电流源补偿模块由接口模块的DAC控制，提供与焦平面阵列背景电流大小相同的补偿电流；自补偿控制模块对背景电流进行计算，并按照最优控制值驱动DAC模块输出控制电压；接口模块的第一比较器COM1和第二比较器COM2对背景电流进行编码，自补偿控制模块包括自补偿模块、ROM和控制电路，自补偿模块分别与ROM和控制电路连接，ROM和控制电路连接，自补偿模块读取符合第一比较器COM1和第二比较器COM2评判标准的输出值，储存在ROM内，控制电路调取ROM中的输出值对背景补偿电流进行反馈调节；外围电路包括第一基准电压芯片U1、第二基准电压芯片U2和外部时序主控芯片U3，第一基准电压芯片连接第一比较器COM1正端以提供基准高阈值电压，第二基准电压芯片连接第二比较器COM2正端以提供基准低阈值电压，外部时序主控芯片U3连接控制电路，用以产生驱动红外焦平面阵列工作所需时序信号和电路工作模式控制信号。本技术与现有技术相比，其显著优点：（1）可以针对不同背景电流的大小进行自适应的补偿校正；（2）对不同材料的非制冷焦平面阵列具有兼容性；（3）具有低温度系数和工艺容差性。附图说明图1为本技术的具有背景电流自补偿的红外读出电路的原理图。图2为本技术的具有背景电流自补偿的红外读出电路的控制电路工作流程图。图3为本技术的具有背景电流自补偿的红外读出电路的焦平面工作所需驱动数字时序图，其中（a）为正常工作模式下的关键信号时序图，（b）为补偿模式下的关键信号时序图。图4为本技术的具有背景电流自补偿的红外读出电路的自补偿模块工作流程图。图5为本技术的具有背景电流自补偿的红外读出电路的双门限阈值评估检测方法计算背景电流的原理框图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细描述。结合图1，本技术所述的具有背景电流自补偿的红外读出电路，包括电流源补偿模块（模拟部分）、自补偿控制模块（数字部分）、接口模块和外围电路。接口模块包括第一比较器COM1、第二比较器COM2和DAC，电流源补偿模块由接口模块的DAC控制，提供与焦平面阵列背景电流大小相同的补偿电流；自补偿控制模块对背景电流进行计算，并按照最优控制值驱动DAC模块输出控制电压；包括电流源补偿模块、自补偿控制模块、接口模块和外围电路，接口模块包括第一比较器COM1、第二比较器COM2和DAC，电流源补偿模块由接口模块的DAC控制，提供与焦平面阵列背景电流大小相同的补偿电流；自补偿控制模块对背景电流进行计算，并按照最优控制值驱动DAC模块输出控制电压；接口模块的第一比较器COM1和第二比较器COM2对背景电流进行编码，自补偿控制模块包括自补偿模块、ROM和控制电路，自补偿模块分别与ROM和控制电路连接，ROM和控制电路连接，自补偿模块读取符合第一比较器COM1和第二比较器COM2评判标准的输出值，储存在ROM内，控制电路调取ROM中的输出值对背景补偿电流进行反馈调节；外围电路包括第一基准电压芯片U1（ADR421）、第二基准电压芯片U2（ADR421）和外部时序主控芯片U3（EP4CE15F17C8N），第一基准电压芯片电压输出端连接第一比较器COM1正端以提供基准高阈值电压，第二基准电压芯片电压输出端连接第二比较器COM2正端以提供基准低阈值电压，外部时序主控芯片U3连接控制电路，用以产生驱动红外焦平面阵列工作所需时序信号和电路工作模式控制信号。单元偏置电路、积分单元、采样保持单元以及多路开关在《模拟CMOS集成电路设计》中已公开。结合图2，设计的具有背景电流自补偿的红外读出电路具有两种工作模式：补偿模块和读出模式。控制电路在初始化后，根据用户选择的MODE引脚的电平决定具有背景电流自补偿的红外读出电路的工作模式。当MODE=1时，为补偿模式，控制电路将补偿标志位CMODE置1，随后控制电路让出总线控制权，使得自补偿模块获得了对像元和积分器的控制权；自补偿模块开始工作，对阵列的所有像元进行背景电流计算。并把计算结果存入到ROM中，以便读出模式时对其调用；当所有像元的背景电流计算完成后，将READY标志位置1；当控制电路查询到READY标志位为1时，则切回总线控制权，同时补偿完成标志位CSTATE被置1，提醒用户补偿完成；当MODE=0时，为读出模式，控制电路按照图5所示的焦平面工作所需驱动数字时序进行读出，在对每个像元读出前，需要按照该像元对应的ROM地址读取其背景电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有背景电流自补偿的红外读出电路，其特征在于：包括电流源补偿模块、自补偿控制模块、接口模块和外围电路，接口模块包括第一比较器COM1、第二比较器COM2和DAC，电流源补偿模块由接口模块的DAC控制，提供与焦平面阵列背景电流大小相同的补偿电流；自补偿控制模块对背景电流进行计算，并按照最优控制值驱动DAC模块输出控制电压；接口模块的第一比较器COM1和第二比较器COM2对背景电流进行编码，自补偿控制模块包括自补偿模块、ROM和控制电路，自补偿模块分别与ROM和控制电路连接，ROM和控制电路连接，自补偿模块读取符合第一比较器COM1和第二比较器COM2评判标准的输出值，储存在ROM内，控制电路调取ROM中的输出值对背景补偿电流进行反馈调节；外围电路包括第一基准电压芯片U1、第二基准电压芯片U2和外部时序主控芯片U3，第一基准电压芯片连接第一比较器COM1正端以提供基准高阈值电压，第二基准电压芯片连接第二比较器COM2正端以提供基准低阈值电压，外部时序主控芯片U3连接控制电路，用以产生驱动红外焦平面阵列工作所需时序信号和电路工作模式控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种具有背景电流自补偿的红外读出电路，其特征在于：包括电流源补偿模块、自补偿控制模块、接口模块和外围电路，接口模块包括第一比较器COM1、第二比较器COM2和DAC，电流源补偿模块由接口模块的DAC控制，提供与焦平面阵列背景电流大小相同的补偿电流；自补偿控制模块对背景电流进行计算，并按照最优控制值驱动DAC模块输出控制电压；接口模块的第一比较器COM1和第二比较器COM2对背景电流进行编码，自补偿控制模块包括自补偿模块、ROM和控制电路，自补偿模块分别与ROM和控制电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：周同，唐兴，何勇，苏岩，姜波，方中，赵健，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32