一种像素单元读出电路制造技术

本发明专利技术涉及电路设计和光电探测技术领域，具体涉及一种像素单元读出电路

【技术实现步骤摘要】
一种像素单元读出电路


：
[0001]本专利技术涉及电路设计和光电探测
，具体涉及一种像素单元读出电路
。

技术介绍

：
[0002]近红外光电探测在军事和国民经济中应用广泛，包括军事上的航天航海
、
夜视技术，国民经济中的光谱测量
、
生物传感
、
可再生能源装置
、
环境探测和医疗成像等领域
。
[0003]探测器接收光电探测器目标像元和参考像元，对其进行处理，输出成像
。
灵敏度是衡量其探测性能的重要指标，在实际应用中非常重要
。
影响探测器灵敏度的关键因素有很多，其中很重要的两个是探测器的暗电流与读出电路的噪声
。
[0004]室温下半导体器件中会产生大量本征激发的载流子，导致暗电流增加，以至于无法获得清晰的成像
。
尤其在微光夜视条件下，光电探测器对目标物体的成像能力很大程度受到探测器的灵敏度和产生噪声的限制
。
灵敏度可以理解为探测器检测微弱信号的能力，它会受到探测器噪声的限制，也称为响应度，理论上说是指光电转换后，输出的电流与输入光功率的大小；而噪声产生的机制比较多，探测器在光辐射作用或热激发下，光电子或光生载流子的随机产生的噪声；载流子产生与复合的随机性而引起的噪声；载流子热运动所产生的噪声；光敏层的微量杂质的存在，电流流过时微粒间发生的微火花放电而引起的噪声；读出电路电路结构和工作方式引起的噪声等等
。<br/>在光线较差时，由于输入的光信号本身比较弱，在传输过程中，目标信号与环境的整体信号相比会比较接近，使得输入的弱信号不容易达到所需的成像要求
。
同时，由材料内部载流子的热激发产生的暗电流会被后端的读出电路采集，输出成像后会形成固定图形噪声，影响探测器的灵敏度
。
所述读出电路的噪声来源于器件的固有噪声和电路结构
、
工作方式引起的噪声，其限制了探测器对微小电流的识别能力
。
[0005]现有的读出电路通常包含模拟电路和数字电路两部分，模拟电路与数字电路并不存在复杂的接口，例如授权公告号为
CN113138019B
所公开的“一种基于雪崩光电二极管阵列的读出电路和光电探测器”和
CN114286015B
所公开的“一种用于光电探测器中的动态范围读出电路”。
所述模拟部分通常为单端传输结构，其只对目标像元进行光电转换，存在的问题是：
(1)
由于光辐射作用或热激发作用，输入到这里的暗电流通常较大，读出电路中的积分电容容易出现饱和，因此读出电路的动态范围小；
(2)
考虑到电信号的微弱性，而公知信噪比随积分时间的增加而增大，延长积分时间就需要较大的积分电容，更长的积分时间将导致更多数量的形成暗电流所需的电子产生
。(3)
单端传输结构的抗干扰性差，前级产生的暗电流也会被后端的读出电路采集，对后期的输出成像造成影响
。
[0006]综上，现有技术的读出电路自身噪声水平高，电荷处理能力差，难以提高探测器的灵敏度，难以抑制探测器的噪声，因此无法解决探测器在微光条件下的成像的难题
。

技术实现思路

：
[0007]本专利技术要提供一种像素单元读出电路，以克服现有技术存在的暗电流增加，读出
电路噪声水平高和电荷处理能力差，光电探测器件的动态范围小和在微光条件下目标物体成像质量差的问题
。
[0008]为了达到本专利技术的目的，本专利技术提供一种像素单元读出电路，包括模拟电路和数字电路，所述模拟电路通过采样
/
保持电路与数字电路相接，其特征在于：所述模拟电路包括并联的两个积分电路，两个积分电路的输出依次连接差分放大电路
、
二次放大电路和缓冲器；
[0009]所述积分电路由依次相接的集成运放
、
积分电容和
T
型电阻组成，集成运放
U4
其输入端连接反相放大器；
[0010]所述差分放大电路所述的差分放大电路包括运算放大器
U2A、
电阻
R7、
电阻
R8、
电阻
R9
和电阻
R10
，所述的运算放大器
U2A
的同相输入端通过电阻
R7
与集成运放
U4
的输出端相连，运算放大器
U2A
的反相输入端通过电阻
R8
与集成运放
U1
的输出端相连，运算放大器
U2A
的输出端通过电阻
R11
与运算放大器
U3A
的反相输入端相连；所述的电阻
R7
一端与集成运放
U4
的输出端相连，另一端与运算放大器
U2A
的同相输入端相连；所述的电阻
R8
一端与集成运放
U1
的输出端相连，另一端与运算放大器
U2A
的反相输入端相连，所述的电阻
R9
一端与运算放大器
U2A
的反相输入端相连，另一端与运算放大器
U2A
的输出端相连，所述的电阻
R10
一端与运算放大器
U2A
的同相输入端相连，另一端接地；
[0011]所述二级放大电路包括运算放大器
U3A、
电阻
R11、
电阻
R14
和变阻器
R16
；所述的运算放大器
U3A
的反相输入端通过电阻
R11
与运算放大器
U2A
的输出端相连，同相输入端通过电阻
R14
接地，输出端通过电阻
R13
与运算放大器
U5A
的同相输入端接地；所述的电阻
R11
一端与运算放大器
U2A
的输出端相连，另一端与运算放大器
U3A
的反相输入端相连，所述的电阻
R14
一端与运算放大器
U3A
的同相输入端相连，另一端接地，所述的变阻器
R16
一端与运算放大器
U3A
的反相输入端相连，另一端和运算放大器
U3A
的输出端相连；
[0012]所述缓冲器包括集成运算放大器
U5A,
其反相输入端和输出端用导线相连
。
[0013]进一步的，上述积分电路中的积分电容选择
47pF
；所述运算放大器
U2A
型号为
LM324N
；所述运算放大器
U3A
型号为
NE5532Al。
[0014]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种像素单元读出电路，包括模拟电路和数字电路，所述模拟电路通过采样
/
保持电路与数字电路相接，其特征在于：所述模拟电路包括并联的两个积分电路，两个积分电路的输出依次连接差分放大电路
、
二次放大电路和缓冲器；所述积分电路由依次相接的集成运放
、
积分电容和
T
型电阻组成，集成运放
U4
其输入端连接反相放大器；所述差分放大电路所述的差分放大电路包括运算放大器
U2A、
电阻
R7、
电阻
R8、
电阻
R9
和电阻
R10
，所述的运算放大器
U2A
的同相输入端通过电阻
R7
与集成运放
U4
的输出端相连，运算放大器
U2A
的反相输入端通过电阻
R8
与集成运放
U1
的输出端相连，运算放大器
U2A
的输出端通过电阻
R11
与运算放大器
U3A
的反相输入端相连；所述的电阻
R7
一端与集成运放
U4
的输出端相连，另一端与运算放大器
U2A
的同相输入端相连；所述的电阻
R8
一端与集成运放
U1
的输出端相连，另一端与运算放大器
U2A
的反相输入端相连，所述的电阻
R9
一端与运算放大器
U2A
的反相输入端相连，另一端与运算放大器
U2A
的输出端相连，所述的电阻
R10
一端与运算放大器
U2A
的同相输入端相连，另一端接地；所述二级放大电路包括运算放大器
U3A、
电阻
R11、
电阻
R14
和变阻器
R16
；所述的运算放大器
U3A
的反相输入端通过电阻
R11
与运算放大器
U2A
的输出端相连，同相输入端通过电阻
R14
接地，输出端通过电阻
R13
与运算放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珊珊，张岩，韩军，张进，胡加兴，杨鹏飞，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：