[發明專利]一種紅外焦平面陣列及其讀出電路的模數轉換器

有效

• 申請號: 201310361114.4
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103441763A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 呂堅;闕隆成;劉婷婷;孟祥笙;周云
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

技術領域

本發明涉及非制冷紅外焦平面陣列探測器領域，尤其是涉及一種紅外焦平面陣列讀出電路的模數轉換器及其紅外焦平面陣列。

背景技術

隨著CMOS超大規模集成電路技術、紅外焦平面技術以及數字集成電路技術的不斷發展，人們逐漸意識到將紅外焦平面的模擬輸出信號轉變為數字信號輸出，可以提高信號在傳輸過程中的抗干擾能力，提高信號的信噪比，同時這也是第三代紅外焦平面技術不斷小型化、不斷提高集成度的發展趨勢。

紅外焦平面片上模數轉換器（ADC）技術是實現將紅外焦平面模擬信號輸出轉變為數字信號輸出的一項非常關鍵的技術，讀出電路的片上ADC是紅外焦平面讀出電路數字化中非常關鍵的器件，對于紅外焦平面數字化后的最終性能起著決定性的影響。ADC的種類和架構比較多，使得讀出電路的設計過程中往往遇到多種選擇。

非制冷紅外焦平面探測器在室溫下工作，具有低成本、低功耗、小型化和高可靠性等優點，被廣泛應用于軍事和民用領域。其在使用時希望通過讀出電路獲得較大的溫度響應范圍以及具有良好線性度的電壓響應率，并且大部分后續的非均勻性校正算法都是在假定探測單元對目標溫度的響應特性為線性的基礎上進行的。而通過改變入射黑體輻射考察響應率與入射輻射的關系，得到紅外探測器輸出電壓與輻射到光敏元上的輻射通量呈現出不可忽視的非線性關系。

由普朗克定律以及目標溫度變化引起探測器敏感單元溫度變化的關系可知，敏感單元溫度隨目標溫度是呈非線性變化的，而非線性的輻射使偏置電路產生電壓響應也是非線性的，則目標溫度使模擬輸出呈非線性變化，經過傳統讀出電路ADC對敏感單元感受到的紅外輻射進行模數轉換，得到的數字輸出與目標溫度也呈非線性。所以研究一種具有非線性輻射補償功能的非制冷紅外焦平面讀出電路的片上ADC具有重要意義。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種具有非線性輻射補償功能的紅外焦平面陣列讀出電路的模數轉換器及其紅外焦平面陣列，以實現讀出電路輸出信號的線性化。

本發明實施例公開的技術方案包括：

提供了一種紅外焦平面陣列讀出電路的模數轉換器，其特征在于，包括：比較器，所述比較器包括同相輸入端、反相輸入端和輸出端；偏置電路，所述偏置電路的輸出端連接到所述比較器的所述反相輸入端；線性斜波發生器，所述線性斜波發生器的輸出端連接到所述比較器的所說同相輸入端；鎖存器，所述鎖存器包括控制輸入端和鎖存數據輸入端，所述比較器的輸出端連接到所述鎖存器的所述控制輸入端；非線性補償計數器，所述非線性補償計數器的計數數據輸出端連接到所述鎖存器的所述鎖存數據輸入端；所述非線性補償計數器對不等周期計數時鐘序列進行計數并輸出計數數據到所述鎖存器；其中所述不等周期計數時鐘序列包括至少兩個計數時鐘子序列，并且其中至少一個計數時鐘子序列中的計數時鐘周期與其余計數時鐘子序列中的計數時鐘周期不同。

本發明一個實施例中，所述非線性補償計數器包括：基本時鐘；不等周期時鐘生成器，所述基本時鐘的輸出端連接到所述不等周期時鐘生成器的輸入端，并且所述不等周期時鐘生成器根據所述基本時鐘提供的時鐘信號生成所述不等周期計數時鐘序列；計數器，所述不等周期時鐘生成器的輸出端連接到所述計數器的計數時鐘輸入端，所述計數器的輸出端即為所述非線性補償計數器的計數數據輸出端；其中所述計數器對所述不等周期計數時鐘序列進行計數。

本發明一個實施例中，所述不等周期計數時鐘序列包括一個初始時鐘子序列和至少兩個計數時鐘子序列。

本發明一個實施例中，所述初始時鐘子序列中的時鐘信號保持為低電平。

本發明一個實施例中，所述不等周期計數時鐘序列包括m個計數時鐘子序列，其中????????????????????????????????????????????????，表示向上取整，M為滿足的最小值，其中為控制因子，ψ_i為線性逼近所述鎖存器的數字輸出與所述比較器的比較時間之間的函數關系曲線的第i個直線段，ψ為所述鎖存器的數字輸出與所述比較器的比較時間之間的函數關系曲線，表示第i個時間段內上述兩個函數的范數。

本發明一個實施例中，每個所述計數時鐘子序列中的計數時鐘的個數相同。

本發明的實施例中還提供了一種紅外焦平面陣列，包括讀出電路，其特征在于：所述讀出電路包括前文所述的任意一種模數轉換器。