[發明專利]一種讀出電路逐點偏壓的控制方法及其DAC結構

無效

• 申請號: 201110417645.1
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102494780A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 周云;呂堅;蔣亞東;王洪;于彩燈
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10;H03M1/50
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 楊保剛;徐豐

技術領域

本發明涉及一種對無TEC的非制冷紅外焦平面陣列的像素單元進行逐點偏壓控制的方法和其中的DAC結構。

背景技術

任何溫度高于絕對零度的物體，其內部都會發生分子熱運動，從而產生波長不等的紅外輻射，紅外輻射強度和波長直接與物體表面溫度有關，利用物體可以輻射紅外的這種特性可以對物體進行探測。紅外焦平面陣列探測器是一種可探測目標紅外輻射的探測器，通過光電轉換、電信號處理等手段將目標物體的溫度分布轉換成視頻圖像，是一種集光、機、電等尖端技術于一體的高科技產品。其具有抗干擾能力強、隱蔽性能好、跟蹤、制導精度高等優點，在軍事和民用領域獲得了廣泛的應用。

微測輻射熱計焦平面陣列(FPA)具有較高的靈敏度，是應用最廣泛的一種非制冷紅外焦平面陣列探測器。其工作原理是熱敏材料吸收入射的紅外輻射后溫度改變，從而引起自身電阻值的變化，通過測量其電阻值的變化探測紅外輻射信號的大小。微測輻射熱計普遍采用微機械加工技術制作的懸臂梁微橋結構，橋面沉積有一層具有高電阻溫度系數(TCR)的熱敏材料，橋面由兩條具有良好力學性能并鍍有導電材料的橋腿支撐，橋腿與襯底的接觸點為橋墩，橋墩電學上連接到微測輻射熱計FPA下的硅讀出電路(ROIC)上。通過橋腿和橋墩，熱敏材料連接到讀出電路的電學通道中，形成一個對溫度敏感并連接到讀出電路上的像素單元。

經過多年的發展和技術進步，非制冷紅外焦平面陣列探測器已在噪聲上滿足使用需要，人們在非制冷紅外探測器性能、圖像質量、穩定性、功耗、體積和成本上都有了更高的要求，未來非制冷紅外探測器的趨勢為進一步縮小體積、減小像元尺寸、增大分辨率、提高成像質量、降低功耗和成本。

然而面積和功耗都是限制非制冷紅外焦平面陣列探測器應用的主要因素之一，引起其體積和功耗增加的一個重要原因是溫度穩定裝置的使用。通常非制冷紅外焦平面陣列使用熱電制冷器（TEC）來穩定其工作溫度，而TEC本身具有一定體積同時具有較高的功耗。

所以人們嘗試了去除熱電制冷器的焦平面陣列來實現面積小功耗低的探測器，然而去除TEC后，由于像元接受紅外輻射后溫度會升高，襯底溫度的變化會給焦平面陣列帶來極大的非均勻性，影響成像效果。但是人們發現通過給像元施加脈沖偏壓法對無TEC的非制冷焦平面探測器的非均勻性可以很好的進行校正。具體方法如下：在每列的積分通道上集成一個MOSFET，在對某行進行積分前，由溫度傳感器測得的關于外界溫度變化所對應的校正數據在列選信號的控制下逐個輸入各列通道中的DAC中并轉換為模擬信號施加在相應的MOSFET的柵極上，在積分期間為各像元提供相應的偏壓補償，從而完成非均勻性校正。

然而對去除TEC的非制冷紅外焦平面陣列讀出電路進行逐點偏壓校正，通常采取逐行積分，逐列讀出信號，因此要實現逐點偏壓校正，需要在每行的列積分通道上都集成一個DAC，如果DAC的輸入碼字總位數多的情況下，讀出電路芯片面積會比較大，功耗也大。

發明內容

針對上述現有技術，本發明要解決的技術問題是提供一種在解決非均勻性校正功能的基礎上實現面積更小，功耗更低，精度更高的讀出電路逐點偏壓的控制方法及其DAC結構，提高非制冷紅外探測器的性能。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種讀出電路逐點偏壓的控制方法，包括如下步驟：

①在黑體和恒溫箱環境中對各個設定溫度點下探測陣列各個像元的校正數據進行標定并存儲；

②收到啟動信號后，由溫度傳感器檢測當前陣列襯底溫度值并進行轉換處理，讀出相應的校正數據；

③對第一行進行積分放大，在積分之前，第一行的校正數據經過串并轉換后在列選信號的控制下依次送入各列校正數據寄存器中，整行像元的校正數據加載完成后，對該行各探測元信號進行積分放大，采樣保持的操作；

④所述校正數據讀入寄存器組中并儲存后，在所有列通道中只集成DAC中的譯碼網絡decoder部分，而多個譯碼網絡decoder部分共用一電阻串，通過譯碼網絡decoder轉換為模擬信號后施加在MOSFET的柵極上積分期間為各像元提供偏壓；

⑤然后對第一行各列的信號逐列讀出；

⑥讀出結束后，各列校正數據寄存器開始復位，并將對第二行重復步驟③到⑤的操作，如此往復，逐點偏置，逐行積分，逐列讀出信號的方式，直至最后一行探測元信號讀出，一幀結束，下一幀開始前重新檢測當前陣列襯底溫度值，重復上述操作。

進一步地，所述譯碼網絡decoder為電壓按比例縮放式DAC中的譯碼網絡decoder。