[實用新型]逐元暗電流抑制的CMOS紅外探測器讀出電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520185693.6
• 申請日: 2015-03-31
• 公開（公告）號: CN204514480U
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設計）人: 宋偉清;袁紅輝;周廉;白濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本實用新型涉及紅外探測器讀出電路領域，尤其是涉及一種線列中長波紅外探測器CMOS讀出電路設計。

背景技術

中長波紅外探測器在低溫目標探測、超視距探測和抗干擾目標識別等領域具有極其重要的用途，因此一直是紅外探測器技術發(fā)展的一個重要方向。目前，中波探測器(波長在3.5～4μm)仍以HgCdTe探測器為主，其一般工作在高背景下，會產(chǎn)生很大的背景電流。同時，HgCdTe中長波紅外器件本身的暗電流也比較大，且存在比較大的非均勻性，信號讀出時極易出現(xiàn)各元的信號高低不平，部分信號無法讀出，這種現(xiàn)象大大降低了系統(tǒng)的動態(tài)范圍。

通過探測器工藝的改進是減小暗電流和非均勻性的一條途徑，但許多關鍵性的技術還有待進一步的研究，探測器的暗電流和非均勻性還達不到理想情況。通過改進探測器讀出電路的設計，是另外一個解決暗電流以及背景電流問題的途徑。比如，緩沖柵極調制輸入(BGMI)電路通過非平衡電流鏡技術，獲得高電荷敏感度；通過電流模式背景抑制結構，來增大電路的動態(tài)范圍的。輸入失調電壓補償電路則是通過開關電容補償，使輸入端電壓偏置趨于零，通過結合相關雙采樣技術和自歸零技術，有效降低失調電壓引起的固定圖像噪聲和1/f噪聲。但對于暗電流較大且非均勻性比較嚴重的線列中波紅外探測器而言，這些方法都存在不同程度的局限性，信號讀出達不到理想的效果。

發(fā)明內容

本實用新型的目的在于提供一種逐元暗電流抑制的CMOS紅外探測器讀出電路，解決由于探測器非均勻性而帶來的電路輸出擺幅過小的問題，從而提高中長波紅外探測器讀出電路的設計水平。

本實用新型的一種逐元暗電流抑制的CMOS紅外探測器讀出電路包括輸入電路、積分電路、輸出電路，其中：

所述的輸入電路采用電流存儲單元和電流鏡相結合的結構，電流存儲單元分布在線列電路每個象元中，設有用于實現(xiàn)暗電流定制化調制的外部電壓調節(jié)端口；電流鏡布局在線列電路的左右兩端，電流鏡調節(jié)端有用于實現(xiàn)暗電流整體抑制的粗調和微調兩個外部調節(jié)端口；

所述的電流存儲單元由控制開關、傳輸門對、虛擬開關對、電容耦合回路以及電流存儲管組成，其中，控制開關為一個NMOS管，其柵極設有外部電壓調節(jié)端口；傳輸門對由兩個CMOS傳輸門組成，每個CMOS傳輸門由一個PMOS管和一個NMOS管并聯(lián)而成；虛擬開關對由兩組虛擬開關組成，每組虛擬開關由兩個NMOS管組成，其中一個NMOS管源漏短接，并且寬長比是另外一個NMOS管的1/2；電容耦合回路由三個電容組成；電流存儲管為NMOS管；控制開關一端連接探測器輸入端，一端連接傳輸門對；傳輸門對另一端連接兩組虛擬開關對；虛擬開關對另一端連接電容耦合回路；而電容耦合回路另一端連接電流存儲管柵極，用于存儲電流存儲管柵極電壓；

所述的電流鏡單元由兩組電流鏡組成，分別負責粗調和微調；兩組電流鏡并聯(lián)連接，每組電流鏡由一個NMOS管、兩個PMOS管組成；粗調電流鏡NMOS管寬長比大于細調電流鏡，同時，細調電流鏡的兩個PMOS管寬長比比值大于粗調電流鏡；粗調和細調端口分別加于兩個NMOS管柵極上，電流鏡輸出端連接放大器輸入端。