[發(fā)明專利]帶有失調(diào)消除功能的紅外焦平面讀出電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510044235.5
• 申請(qǐng)日: 2015-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN104568169B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯影;黃卓磊;王瑋冰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心
• 主分類號(hào): G01J5/10
• 分類號(hào): G01J5/10
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32104
• 代理人: 殷紅梅,韓鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種紅外成像系統(tǒng)中的一種非制冷型紅外焦平面讀出電路，屬于微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

紅外成像技術(shù)有著悠久的歷史，在生活，醫(yī)療，軍事及經(jīng)濟(jì)等相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，而非制冷型紅外焦平面陣列是新一代紅外成像系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，它的出現(xiàn)為紅外成像技術(shù)帶來了低成本，長(zhǎng)壽命，低功耗，高分辨率的優(yōu)點(diǎn)。它由紅外探測(cè)器陣列和讀出電路陣列兩部分組成。紅外探測(cè)器陣列是將入射的紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的器件，是紅外熱成像系統(tǒng)的最前端，也是最重要的核心部分。讀出電路是將探測(cè)器感應(yīng)到的信號(hào)進(jìn)行處理顯示，也是紅外熱成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其中CMOS讀出電路是主流方向

讀出電路（ROIC）的基本功能就是對(duì)生成的電荷進(jìn)行積分，放大、采樣保持和串/并轉(zhuǎn)換等。電路結(jié)構(gòu)包括自積分結(jié)構(gòu)SI、源隨器結(jié)構(gòu)SFD、直接注入結(jié)構(gòu)DI、緩沖直接注入結(jié)構(gòu)BDI、電容跨導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)CTIA、電阻反饋互導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)RTIA、電流鏡柵調(diào)制結(jié)構(gòu)CM、電阻負(fù)載柵極調(diào)制結(jié)構(gòu)RL、以及一些背景抑制電路結(jié)構(gòu)等，但目前國(guó)內(nèi)普遍采用CTIA結(jié)構(gòu)。

電容反饋互導(dǎo)放大器型讀出電路的優(yōu)點(diǎn)：探測(cè)器的偏壓因放大器的虛短特性而很穩(wěn)定；由于米勒效應(yīng)，積分電容可以很小，故能降低噪聲；高靈敏度。缺點(diǎn)：復(fù)位管的復(fù)位脈沖產(chǎn)生的饋通效應(yīng)會(huì)耦合到探測(cè)器上，從而影響了探測(cè)器的偏壓和放大器的工作點(diǎn)；由于包含放大器，其功耗和面積都增加了，引入了KTC噪聲。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是減少焦平面讀出電路中放大器失調(diào)電壓及失調(diào)電流對(duì)精度的影響，同時(shí)提供一種適合大規(guī)模紅外探測(cè)器陣列的紅外焦平面讀出電路，減少功耗及芯片面積。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述紅外焦平面讀出電路包括依次連接的：跨導(dǎo)放大器單元、跨導(dǎo)輸出失調(diào)電流消除單元、積分放大單元、緩沖隔離單元、采樣保持單元和緩沖輸出級(jí)單元，所述積分放大單元還連接積分電容選擇單元；

所述跨導(dǎo)放大器單元將二極管陣列輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，以供積分放大單元積分放大；

所述跨導(dǎo)輸出失調(diào)電流消除單元包括串聯(lián)的4個(gè)四個(gè)晶體管：PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4，通過控制這四個(gè)晶體管的柵極電壓控制流過晶體管的灌電流或漏電流而消除跨導(dǎo)放大器單元輸出的失調(diào)電流；

所述積分放大單元包括開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3、電容Cs、運(yùn)算放大器AMP1，開關(guān)S1一端接PMOS管M2漏極與NMOS管M3漏極的連接節(jié)點(diǎn)A4，開關(guān)S1另一端接運(yùn)算放大器AMP1同相輸入端以及基準(zhǔn)電壓Vref，節(jié)點(diǎn)A4經(jīng)過電容Cs接運(yùn)算放大器AMP1反相輸入端，在運(yùn)算放大器AMP1反相輸入端和輸出端之間接入開關(guān)S3，在運(yùn)算放大器AMP1輸出端和節(jié)點(diǎn)A4之間接入串聯(lián)的開關(guān)S2和積分電容選擇單元，運(yùn)算放大器AMP1輸出端連接到緩沖隔離單元的輸入端；通過控制開關(guān)S1、S2和S3的導(dǎo)通或斷開選擇使積分放大單元處于復(fù)位狀態(tài)或者積分狀態(tài)；

所述采樣保持單元包括開關(guān)S4、開關(guān)S5、開關(guān)S6、電容Cint、運(yùn)算放大器AMP3，緩沖隔離單元輸出端依次經(jīng)過開關(guān)S4、電容Cint連接運(yùn)算放大器AMP3反相輸入端，運(yùn)算放大器AMP3同相輸入端接基準(zhǔn)電壓Vref，在運(yùn)算放大器AMP3輸出端和反相輸入端之間接入開關(guān)S5，在開關(guān)S4和電容Cint的連接節(jié)點(diǎn)A10與運(yùn)算放大器AMP3輸出端之間接入開關(guān)S6，運(yùn)算放大器AMP3輸出端連接到緩沖輸出級(jí)單元的輸入端；采樣保持單元通過控制開關(guān)S4、S5和S6對(duì)緩沖隔離單元輸出的信號(hào)進(jìn)行采樣和保持；

所述緩沖隔離單元、緩沖輸出級(jí)單元均為運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器；緩沖隔離單元隔離采樣保持單元的開關(guān)S4對(duì)積分放大單元的噪聲影響；緩沖輸出級(jí)單元提高輸出端帶負(fù)載的能力。所采用的運(yùn)算放大器均為折疊式共源共柵運(yùn)算放大器。

所述積分放大單元中，開關(guān)S1和開關(guān)S3接第二時(shí)鐘信號(hào)Ф2，開關(guān)S2接第一時(shí)鐘信號(hào)Ф1，Ф1和Ф2為兩相非交疊時(shí)鐘。

所述采樣保持單元中，開關(guān)S4和開關(guān)S5接第一時(shí)鐘信號(hào)Ф1，開關(guān)S6接第二時(shí)鐘信號(hào)Ф2，Ф1和Ф2為兩相非交疊時(shí)鐘。

所述積分電容選擇單元包括多個(gè)并聯(lián)的支路，每個(gè)支路為一個(gè)電容選擇開關(guān)和一個(gè)積分電容的串聯(lián)，通過控制電容選擇開關(guān)而選擇合適的電容。