[發明專利]一種襯底溫度補償的紅外焦平面陣列探測器讀出電路

在審

• 申請號: 201410485201.5
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104266767A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 呂堅;闕隆成;張壤勻;牛潤梅;周云
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01J5/24
• 分類號: G01J5/24
• 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

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技術領域

本發明涉及非制冷紅外焦平面陣列探測器技術領域，尤其是涉及一種帶襯底溫度補償的紅外焦平面陣列探測器讀出電路。

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背景技術

微測輻射熱計紅外成像系統作為一種熱敏型紅外探測器，若不采用特別的補償方式，其探測結果與襯底溫度是相關的。在實際使用中，希望紅外探測的結果僅與探測目標溫度相關，而與其它因素無關。

傳統非制冷微測輻射熱計紅外成像系統中使用熱電制冷器（Thermo-Electric?Cooler,?TEC）實現襯底溫度補償。然而，TEC本身具有一定的體積和功耗，從而使非制冷紅外焦平面陣列探測器的應用受到一定程度的影響，所以人們嘗試去除TEC。但是，去除TEC后的微測輻射熱計紅外成像系統，隨著襯底溫度的變化會導致焦平面陣列極大的非均勻性和非線性等非理想效應，從而影響讀出結果。

解決無TEC的非制冷紅外焦平面陣列探測器的非理想效應的關鍵技術，一方面在于工藝上的改進，另一方面在于具有非均勻性校正功能的讀出電路的設計，從電路上對非均勻性進行補償，使得非制冷紅外焦平面陣列探測器在沒有TEC作為溫度穩定裝置的情況下，也能正常工作，輸出具有良好質量的圖像。同時，將模擬信號在芯片內部轉換為數字信號輸出也是一種保證圖像質量的有效手段。

現有的具有模數轉換功能的無TEC非制冷紅外焦平面讀出電路中，采用恒壓偏置探測微測輻射熱計及其參考微測輻射熱計的方式獲取紅外輻射信號，在電路中增加列級集成的參考微測輻射熱計以實現襯底溫度補償，即每列讀出通道中使用兩個參考微測輻射熱計。獲取的紅外輻射信號經積分器放大，再模數轉換器轉換為數字信號輸出。

現有技術的讀出電路中，模數轉換與紅外探測本身沒有關系。此外，由于每列讀出通道中使用兩個參考微測輻射熱計，在電路中增加了噪聲源，同時也增加了較大的芯片面積。

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發明內容

本發明的目的之一是提供一種具有襯底溫度補償功能的紅外焦平面陣列探測器讀出電路。

本發明公開的技術方案包括：

提供了一種襯底溫度補償的紅外焦平面陣列探測器讀出電路，其特征在于，包括：像元電流偏置積分信號產生電路10，所述像元電流偏置積分信號產生電路10包括第一電流偏置電路101、第二電流偏置電路102和積分電路103，所述第一電流偏置電路101對探測微測輻射熱計進行恒流偏置獲得探測電壓Vsce，所述第二電流偏置電路102對第一參考微測輻射熱計進行恒流偏置獲得第一參考電壓Vref，所述積分電路103根據所述探測電壓Vsce和所述第一參考電壓Vref進行積分產生積分輸出信號Vint；參考電壓產生電路20，所述參考電壓產生電路20產生多個第二參考電壓；流水線模數轉換器30，所述流水線模數轉換器30根據所述多個第二參考電壓將所述積分輸出信號Vint轉換成數字信號。

本發明的一個實施例中，所述第一電流偏置電路101包括第一恒流源1010和第一電壓跟隨器1011，其中：所述第一恒流源1010連接到所述探測微測輻射熱計Rs的一端；所述第一電壓跟隨器1011的輸入端連接到所述探測微測輻射熱計Rs的與所述第一恒流源1010連接的所述一端，所述第一電壓跟隨器1011的輸出端連接到所述積分電路103。

本發明的一個實施例中，所述第二電流偏置電路10包括第二恒流源1020和第二電壓跟隨器1021，其中：所述第二恒流源1020連接到所述第一參考微測輻射熱計Rb的一端；所述第二電壓跟隨器1021的輸入端連接到所述第一參考微測輻射熱計Rb的與所述第二恒流源1020連接的所述一端，所述第二電壓跟隨器1021的輸出端連接到所述積分電路103。

本發明的一個實施例中，所述參考電壓產生電路20包括第三恒流源201、多個第二參考微測輻射熱計202和多個第三電壓跟隨器203，其中：所述多個第二參考微測輻射熱計202相互串聯；所述第三恒流源201與所述多個第二參考微測輻射熱計202串聯；所述多個第三電壓跟隨器203中的每個第三電壓跟隨器的輸入端連接到所述多個第二參考微測輻射熱計202中的一個第二參考微測輻射熱計的一端、輸出端連接到所述參考電壓產生電路20的一個參考電壓輸出端并輸出一個所述第二參考電壓。

本發明的一個實施例中，所述第一參考微測輻射熱計不受入射的紅外輻射影響。

本發明的一個實施例中，所述第一參考微測輻射熱計包括遮蔽罩，所述遮蔽罩阻擋入射的紅外輻射，使所述入射的紅外輻射不能入射到所述第一參考微測輻射熱計上。