一种红外焦平面阵列暗场电流的补偿电路制造技术

一种红外焦平面阵列暗场电流的补偿电路，不采用屏蔽掉红外辐射的暗电阻，在单列信号处理电路中，设置有粗调电流镜（Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６）和细调电流镜（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ７、Ｍ８），其中粗调电流镜连接粗调电流源，该电流源提供的电流能进行μＡ量级的调节，细调电流镜连接细调电流源，该电流源提供的电流能进行ｎＡ量级的精确调节，该粗调、细调电流镜代替与衬底热短路、充当暗电阻的微测辐射热计，补偿暗场电流。该补偿电路能在避免使用暗电阻的前提下给微测辐射热计提供精确、稳定的暗场电流补偿，并根据工艺误差的需求对该暗场补偿电流进行适当的调节，消除非均匀性的影响，从而保证在没有红外辐射的情况下输入积分器的电流为零。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外焦平面热像仪，具体涉及一种红外焦平面阵列暗场电流的 补偿电路及其补偿方法。 賴狀红外焦平面热像仪是一种可探测目标的红外辐射，并能通过光电转换、电 信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，是集光、 机、电等尖端技术于一体的高科技产品。它在军事、空间技术、医学以及国民 经济相关领域正得到日益广泛的应用。因其具有较强的抗干扰能力，隐蔽性能 好、跟踪、制导精度高等优点，在军事领域获得了广泛的应用。红外焦平面阵列(IRFPA)是红外成像技术中获取红外图像信号的核心光电器 件，是一种集光电转换和信号处理于一体的固体光电摄像器件，它一般由两个基本结构组成红外探测器阵列和读出电路。在美国、法国和英国等发达国家，单色红外焦平面器件的技术已经基本成熟，256X256元碲镉汞焦平面探测器已 经装备美国AGM-130空对地导弹，320X256元碲镉汞焦平面探测器在欧洲 Storm Shadow/Scalp E-G空对地巡航导弹上开始应用，256X 256元InSb焦平面 装备了以色列箭-2反导系统及美国标准II-IVA导弹，640X512元InSb美国战 区高空区域防御系统拦截弹(THAAD); 640X480元InSb热成像仪则装备了 F-22、 V-22、 F18-E/F等战机。在向更大规模的凝视型面阵焦平面探测器、双色 探测器发展的历程中，长波器件已达到640X480元的规模，中、短波器件达到 了 2048X2048的规模，长线阵的扫描型焦平面因其在空间对地观测方面的需求 受到了高度地重视。读出电路是一种专用的数模混合信号集成处理电路，其功能是对探测器感 应的微弱红外电信号进行前置处理(如积分、放大、滤波和采样/保持等)及信号的并/串行转换。目前主要有CCD型读出电路CMOS型读出电路。随着CMOS 工艺的不断成熟、完善和发展，CMOS读出电路因其众多的优点而成为当今读 出电路的主要发展方向。国内的工艺水平还处于一个较低的发展水平上，电路 的实现能力不能满足设计的需要，这就使得读出电路的发展水平较低，且国内 对读出电路的研究较少，缺乏成熟的经验可以借鉴，因此开展这方面的工作是 很有意义的。在读出电路中，敏感电阻的敏感电流是由于其两端加上的偏压而产生的， 在无红外辐射的情况下产生的电流，我们称之为暗场电流。红外辐射强度的改 变会造成微测辐射热计的温度改变，从而使微测辐射热计等效电阻改变，最终 使产生的敏感电流发生变化。暗场电流是一种固有电流，通常情况下，热敏电 阻一般在10KD 1MQ,偏置电压一般在几百毫伏到几伏之间，因此其暗场电流 一般在HA量级。而敏感电流对应着物体温度的变化，通常情况下，物体温度变 化rC，热敏电阻变化0.0rC，被探测的热敏电阻阻值的变化Al^RsXaX0.01， 其中a为电阻温度系数(TCR)，典型值为一0.02，可以看出AR将是一个很小的 变化，由此造成的电流的变化在nA量级。因此相对于暗场电流，热敏电流的变 化是很小的。同时过高的暗场电流会使积分器电容很快饱和，失去积分器的作 用。因此需要采用暗场电流补偿的方式去除暗场电流使得流入积分器的电流为 敏感电流。目前，国内外应用较为普遍的暗场电流的补偿方式是采用通过电压偏置的 屏蔽掉红外辐射的微测热辐射计(即通常所说的暗电阻)，产生暗场补偿电流。 如图1所示，Rs代表热敏探测电阻，Rb是为屏蔽掉红外辐射的电阻值。设定-Vfid=Vsk-Vref，当没有红外辐射时，Rs=Rb，因此，在屏蔽热敏单元的红外辐射时， 积分电流if(Vsk-Vref)/Rb-VWR产0;有红外辐射时，热敏电阻温度变化为AT， 热敏电阻变为Rs= Rb (l+aAT)， a为温度电阻系数TCR，则积分电流变为i3= (Vsk-Vref)/Rb-Vfid/[Rb(l+aAT)I-VfidaAT/Rb，此时，积分器输出的电压信号就为所需的带有红外辐射信息的信号。这种暗场电流补偿方式特点是结构简单，易于实现。通常情况下暗场电阻的制作采用的是thermal shorted或shielded的方 法。Thermal shorted主要是让微测辐射热计把接收红外辐射产生的热量直接传到 衬底，从而产生屏蔽掉红外辐射的暗场补偿电流的方法。这种方法的缺点在于 很难让100%的热量都传导到衬底，残留的热量会造成补偿电流的误差。Shielded 是在微测辐射热计上镀上一层反光层，将红外辐射反射出去，从而产生屏蔽掉 红外辐射的暗场补偿电流的方法。这种方法的缺陷在于加入的这层反光材料会 使微测辐射热计的成分改变性状，从而是电阻发生变化，达不到精确补偿暗场 电流的方法。因此，需要一种新的可以根据实际情况进行精确调节的暗场电流 的补偿方式。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种红外焦平面阵列暗场电流的补 偿电路和补偿方法，该补偿电路及补偿方法能在避免使用暗电阻的前提下给微 测辐射热计提供精确、稳定的暗场电流补偿，并根据工艺误差的需求对该暗场 补偿电流进行适当的调节，消除非均匀性的影响，从而保证在没有红外辐射的 情况下输入积分器的电流为零。本专利技术所提出的技术问题是这样解决的构造一种红外焦平面阵列暗场电 流的补偿电路，不采用屏蔽掉红外辐射的暗电阻，其特征在于A、 在单列信号处理电路中，设置有粗调电流镜(M3、 M4、 M5、 M6)和 细调电流镜(M1、 M2、 M7、 M8)，其中粗调电流镜连接粗调电流源，该电流 源提供的电流能进行pA量级的调节，细调电流镜连接细调电流源，该电流源提 供的电流能进行nA量级的精确调节，该粗调、细调电流镜代替与衬底热短路、 充当暗电阻的微测辐射热计，补偿暗场电流；B、 红外焦平面阵列中单元读出通道电路依次可分为四个部分偏置电路、 积分电路、采样保持电路和输出缓冲电路，其中偏置电路包括运算放大器OP1和电流镜M9构成缓冲注入式电路结构，该电路结构能给所述粗调电流镜和细调 电流镜构成的微测辐射热计提供偏置电压，从而产生暗场电流，积分电流等于 热电流减去暗场电流，积分电流通过积分电路、采样保持电路和输出缓冲电路， 得到有效输出电压信号。按照本专利技术所提供的红外焦平面阵列暗场电流的补偿电路，其特征在于， 所述细调电流源包括NMOS晶体管Mll、可调节电阻Rtnm2和细调节器DAC2, 其中NMOS晶体管Mll的漏极连接共源共栅电流镜M7、 M8，源极连接所述可调节电阻Rtri^， Rtrim2的另一端接地为电流12提供电流通路，运算放大器OP4的"+ "输入端接可调节DAC2，"一"输入端接Mll的源极与可调节电阻Rtri^ 相接的公共端，运算放大器OP4的输出端接所述电流镜M9的栅极。这种NMOS管缓冲注入式结构主要用于给可调电阻Rtrim提供电压，产生所需补偿电流12。通过调节DAC提供的电压大小和可调电阻Rt^的大小就可以改变电流源提供的 电流12的大小。按照本专利技术所提供的红外焦平面阵列暗场电流的补偿电路，其特征在于， 所述粗调电流源包括NMOS晶体管MIO、可调节电阻Rtrina和粗调节器DAC1， 其中NMOS晶体管M10的漏极连接共源共栅电流镜M5、 M6，源极连接所述可 调节电阻RtrimP Rt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外焦平面阵列暗场电流的补偿电路，不采用屏蔽掉红外辐射的暗电阻，其特征在于：Ａ、在单列信号处理电路中，设置有粗调电流镜（Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６）和细调电流镜（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ７、Ｍ８），其中粗调电流镜连接粗调电流源，该电流源提供的 电流能进行μＡ量级的调节，细调电流镜连接细调电流源，该电流源提供的电流能进行ｎＡ量级的精确调节，该粗调、细调电流镜代替与衬底热短路、充当暗电阻的微测辐射热计，补偿暗场电流；Ｂ、红外焦平面阵列中单元读出通道电路依次可分为四个部分：偏置 电路、积分电路、采样保持电路和输出缓冲电路，其中偏置电路包括运算放大器（ＯＰ１）和电流镜（Ｍ９）构成缓冲注入式电路结构，该电路结构能给所述粗调电流镜和细调电流镜构成的微测辐射热计提供偏置电压，从而产生暗场电流，积分电流等于热电流减去暗场电流，积分电流通过积分电路、采样保持电路和输出缓冲电路，得到有效输出电压信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕坚，蒋亚东，江海，钟绍华，曾强，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]