[發明專利]一種全差分紅外焦平面陣列讀出電路

在審

• 申請號: 201710629927.5
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107271054A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 趙照
• 申請（專利權）人: 合肥芯福傳感器技術有限公司
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10;G01J5/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于圖像傳感器技術領域，具體涉及一種全差分紅外焦平面陣列讀出電路。

背景技術

紅外熱成像傳感器現已廣泛應用于安防、消防、醫療、工業、汽車、特種行業等領域。紅外焦平面陣列組件是紅外成像技術中獲取紅外圖像信號的核心光電器件，該組件由紅外探測器和紅外讀出電路（ROIC）組成。

ROIC電路是把焦平面的各種功能集成在半導體芯片中的高集成度電路，其基本功能是進行紅外探測器信號的轉換、放大及多路傳輸。但是在ROIC電路中采用的電路結構器件和電路工作方式都會引入噪聲，例如復位噪聲和固定噪聲FPN。這些噪聲的引入和疊加會降低圖像傳感器的信號檢測精度，進而導致圖像質量差。相關雙取樣電路CDS是目前應用最廣泛的噪聲抑制技術，主要原理是利用來自同一電路的噪聲電壓在時間上具有相關性，在很短的時間內兩次采樣同一單元的信號，然后利用差分器將兩次采用信號相減，就可以達到消除噪聲的目的。

在現有技術中，相關雙采樣電路通常由兩個采樣保持電容Cs和CR、采樣保持開關φs和φR以及另外的差分開關φY和差分單端放大器組成，如圖1所示。現有技術存在的問題在于：1）采用單端輸出放大器，其輸出端輸出的信號是偽差分信號，后續還需要額外的電路來將偽差分信號轉換成全差分信號，而轉換電路的存在極大地降低了圖像傳感器的填充因子；2）另外，在現有的相關雙采樣電路中，運算放大器本身的偏移也會在圖像傳感器中引入固定噪聲FPN。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種全差分紅外焦平面陣列讀出電路，通過優化相關雙采樣電路，提高紅外焦平面圖像傳感器的填充因子。

為了實現上述目的，一種全差分紅外焦平面陣列讀出電路，其特征在于，包括：

像元陣列，用于采集紅外光信號、光電轉換并逐行輸出；

全差分相關雙采樣電路，連接像元陣列，用于對像元陣列電路采集到的信號進行積分、雙采樣并輸出實際差分信號；

輸出緩沖電路，連接全差分相關雙采樣電路，用于將實際差分信號逐列緩沖輸出；

及行列邏輯控制信號產生電路，分別為像元陣列和輸出緩沖電路提供行選控制信號和列選控制信號。

優選地，所述全差分相關雙采樣電路包括第一采樣開關、第二采樣開關、第三采樣開關、第四采樣開關、第五采樣開關、第六采樣開關、第七采樣開關、第八采樣開關、第一取樣電容、第二取樣電容、第一補償電容、第二補償電容和雙端輸出運算放大器；

其中，第一采樣開關和第二采樣開關的一端共同連接信號輸入端，第一采樣開關的另一端分別連接第三采樣開關和第一取樣電容，第二采樣開關的另一端分別連接第四采樣開關和第二取樣電容，第一取樣電容的另一端分別連接第五采樣開關和第一補償電容，第二取樣電容的另一端分別連接第六采樣開關和第二補償電容，第一補償電容的另一端分別連接第七采樣開關和雙端輸出運算放大器的正向輸入端，第二補償電容的另一端分別連接第八采樣開關和雙端輸出運算放大器的負向輸入端，第三采樣開關、第五采樣開關、第七采樣開關的另一端共同連接雙端輸出放大器的負向輸出端，第四采樣開關、第六采樣開關、第八采樣開關的另一端共同連接雙端輸出放大器的正向輸出端。

優選地，所述輸出緩沖電路是由若干輸出buffer組成的多級輸出緩沖電路。

優選地，所述像元陣列是由若干菱形像元在二維平面上重復錯位排列組成，并采用ASIC+MEMS混合工藝制造。

優選地，所述像元陣列是由是由若干蜂巢形像元在二維平面上重復錯位排列組成，并采用ASIC+MEMS混合工藝制造。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

1）使用開關電容全差分配置的CDS電路，能夠實現積分和雙采樣功能并且輸出實際差分信號，不需要額外配置差分轉換電路，能夠顯著減小電路面積，增加填充因子；同時，在電路中引入補償電容可以提供偏移補償，消除運算放大器偏置電壓對采樣結果造成的影響；

2）輸出采用多級buffer形式，將一個折疊式的兩級運放拆成三級，第一級為每列一個，第二級為m列共用，最后一級為n列共用，驅動能力逐級增大；

3）采用蜂巢形或菱形像元交錯排列的方式，在相同物理空間、相同像元尺寸的前提下，將熱成像傳感器的分辨率大幅度提升；在具有相同或相近的空間分辨率的情況下，能降低熱成像傳感器像元尺寸或個數同時改變整機設備的光學系統焦距，降低成本和減小整機設備體積；采用錯位采樣后的圖像目標能量和集合的信息與原始目標更為接近，不容易在復雜背景中淹沒。

附圖說明