專利名稱：基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于紅外探測器信號讀出應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種基于惠 斯通電橋的差分信號低噪聲的新型紅外讀出電路。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)都得到了較 快的發(fā)展，這為紅外讀出電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了保障。隨著紅外探 測器在軍事與民用領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入，人們對紅外探測器在性能上的要 求也越來越高。主要表現(xiàn)在更低的噪聲、更高的靈敏度、更快的響應(yīng)速度 以及更加豐富的功能等。
而其中最為關(guān)鍵的 一個(gè)性能要求就是更低的噪聲，噪聲水平的高低直 接影響著讀出電路的其它性能，甚至決定了整個(gè)紅外探測器的性能。紅外 探測器敏感結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電流或電壓信號本身非常微弱，而伴隨的溫度噪聲、 背景噪聲等通常較大，因此，如何在較大的噪聲環(huán)境中提取微弱的紅外信 號是紅外讀出電路中設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。
國內(nèi)外許多國家都在致力于紅外探測器讀出電路的研究，國際上如美
國的Raytheon公司、DRS公司、Flir-Indigo系統(tǒng)公司、日本的NEC以及 以色列的SCD公司、法國的ULIS公司等。國內(nèi)如昆明211所、上海技術(shù)物 理研究所、重慶大學(xué)、清華大學(xué)、電子科技大學(xué)等。
目前最常用的信號讀出電路如圖1所示。圖中RA為紅外探測器敏感結(jié) 構(gòu)部分的電阻，它受到紅外輻射的照射時(shí)阻值將發(fā)生變化；Rb的材料特性 與Ra相同，區(qū)別在于RB制作在讀出電路上，且不會(huì)受到紅外輻射的照射。 這種電路設(shè)計(jì)能夠消除一定的溫度噪聲，但是精度不高，不能夠?qū)⒃肼暯?低到最低水平。
發(fā)明內(nèi)容
出電路部分放大器輸入端的噪聲水平，提供一種基于惠斯通電橋的差分信 號低噪聲的新型紅外讀出電路。本實(shí)用新型通過在讀出電路上再多設(shè)計(jì)兩 個(gè)電阻^和R"與RA和RB構(gòu)成惠斯通電橋來實(shí)現(xiàn)紅外信號的讀出，此種讀 出方式比常規(guī)電路或單端輸入的放大電路具有更高的信噪比和信號變化率 △ V/V，這樣可以將紅外探測器的噪聲降低到更低的水平。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路，由RA、 RB、 Rh Rz四個(gè)電阻、放大電路、積分電路或讀出電路組成，其特征在
于R,與R2串聯(lián)，Rs與Rt串聯(lián)，再并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)惠斯通電橋，并聯(lián)的兩端 (A, B)為惠斯通電橋的電壓輸入端，RA與^串聯(lián)處為D端，RB與Ri串聯(lián) 串聯(lián)處為C端，C、 D兩端為電橋輸出端，分別與放大電路、積分電路或信 號讀出電^各相連成回5各。
所述RA電阻為紅外敏感電阻。Rb與Ra具有相同材料特性，當(dāng)探測器本 身的溫度發(fā)生變化時(shí)，Rb與l將發(fā)生相同的變化，但RB不受紅外輻射的照 射，Rb與l的阻值相等。所述Id、 R2電阻為相同材質(zhì)制作的電阻，阻值相 等，且^和R2不受紅外輻射的影響。
本實(shí)用新型的RA為紅外探測器敏感結(jié)構(gòu)的電阻，當(dāng)紅外探測器收到紅 外輻射照射時(shí)，RA的阻值將發(fā)生變化；Rb與Ra具有相同材料特性，當(dāng)探測 器本身的溫度發(fā)生變化時(shí)，Ra與RB將發(fā)生相同的變化，^旦RB不受紅外輻射 的照射；R,和R2為制作在讀出電路上的兩個(gè)相同的電阻，R:和R2不受紅外 輻射的影響。
Ra、 Rb、 R,和R2構(gòu)成一個(gè)惠斯通電橋，A端和B端是電橋的電壓輸入端， C端和D端是惠斯通電橋的信號輸出端，也是放大電路、積分電路或信號 讀出電路的信號輸入端。在沒有紅外輻射的照射情況，即使環(huán)境溫度和探 測器自身的溫度發(fā)生改變，電橋的靜態(tài)平衡點(diǎn)基本保持不變，C、 D兩端的 輸出信號為零；當(dāng)有紅外輻射照射時(shí)，電橋?qū)⒉黄胶猓珻、 D兩端的輸出信 號即為紅外信號。此時(shí)輸出的紅外信號的噪聲將更小。
目前的紅外探測器已經(jīng)發(fā)展稱為焦平面陣列式，因此，既可以在每個(gè) 像素下面分別制作RB、 ^和R2電阻來構(gòu)成惠斯通電橋電路，也可以每一列 只使用一個(gè)惠斯通電橋電路，這樣可以節(jié)約芯片面積、降低探測器的功耗 與制作成本。
RA、 Rb、 R,和112都可以利用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝來制作。 本實(shí)用新型通過在讀出電路上再多設(shè)計(jì)兩個(gè)電阻l和R2,與L和RB
構(gòu)成惠斯通電橋來實(shí)現(xiàn)紅外信號的讀出，這樣可以將紅外探測器的噪聲降
低到更低的水平。
圖1為目前正在使用的紅外信號讀出電路示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的紅外信號讀出電路示意圖。
具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
如圖2所示，本實(shí)用新型基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路，由Ra、RB、 R,、 R2四個(gè)電阻、方文大電路、積分電^各或讀出電^4a成，RA與R2串耳關(guān)， Rb與K串聯(lián)，再并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)惠斯通電橋，并聯(lián)的兩端(A, B)為惠斯通 電橋的電壓輸入端，RA與R2串聯(lián)處為D端，Rb與R,串聯(lián)串聯(lián)處為C端，C、 D兩端為電橋輸出端，分別與放大電路、積分電路或信號讀出電路相連成 回路。所述RA電阻為紅外敏感電阻，Rb與Ra具有相同材料特性，當(dāng)探測器 本身的溫度發(fā)生變化時(shí)，Rb與IM夸發(fā)生相同的變化，但Rb不受紅外福射的 照射，Rb與Ra的阻植相等。所述電阻為相同材質(zhì)制作的電阻，阻值相等， 且R,、 R2不受紅外輻射的影響。RA、 RB、 K和R2都可以利用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工 藝來制作。
如圖2所示，本實(shí)用新型由IU、 RB、 R" R2四個(gè)電阻、放大電路、積分 電路或其他后續(xù)信號讀出電路組成，Ra與R2串聯(lián)，Rb與K串聯(lián)，再并聯(lián)構(gòu) 成一個(gè)惠斯通電橋，并聯(lián)的兩端(A， B)為惠斯通電橋的電壓輸入端，C、 D為電橋的輸出端，與放大電路、積分電路或信號讀出電路相連。所述RA 電阻為紅外敏感電阻，Rb與Ra具有相同材料特性，當(dāng)探測器本身的溫度發(fā) 生變化時(shí)，Rb與RA將發(fā)生相同的變化，但Rs不受紅外輻射的照射，Rb與RA 的阻值相等。所述電阻為相同材質(zhì)制作的電阻，阻值相等，且Rh R2不受 紅外輻射的影響。RA、 Rb、 Ri和Rr都可以利用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝來制作。
本實(shí)用新型的RA為紅外探測器敏感結(jié)構(gòu)的電阻，當(dāng)紅外探測器收到紅 外輻射照射時(shí)，RA的阻值將發(fā)生變化；Rb與Ra具有相同材料特性，當(dāng)探測 器本身的溫度發(fā)生變化時(shí)，Ra與RB將發(fā)生相同的變化，^旦RB不受紅外輻射 的照射；K和R2為制作在讀出電路上的兩個(gè)相同的電阻，R,和R2不受紅外 輻射的影響。
RA、 RB、 Id和R2構(gòu)成一個(gè)惠斯通電橋，A端和B端是電橋的電壓輸入端， C端和D端是惠斯通電橋的信號輸出端，也是放大器的信號輸入端。在沒 有紅外輻射的照射情況，即使環(huán)境溫度和探測器自身的溫度發(fā)生改變，電 橋的靜態(tài)平衡點(diǎn)基本保持不變，C、 D兩端的輸出信號為零；當(dāng)有紅外輻射 照射時(shí)，電橋?qū)⒉黄胶?，C、 D兩端的輸出信號即為紅外信號。此時(shí)輸出的 紅外信號的噪聲將更小。
目前的紅外探測器已經(jīng)發(fā)展稱為焦平面陣列式，因此，既可以在每個(gè) 像素下面分別制作RB、 R,和R2電阻來構(gòu)成惠斯通電橋電路，也可以每一列 只使用一個(gè)惠斯通電橋電路，這樣可以節(jié)約芯片面積、降低探測器的功耗 與制作成本。
權(quán)利要求1、基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路，由RA、RB、R1、R2四個(gè)電阻、放大電路、積分電路或讀出電路組成，其特征在于RA與R2串聯(lián)，RB與R1串聯(lián)，再并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)惠斯通電橋，并聯(lián)的兩端(A，B)為惠斯通電橋的電壓輸入端，RA與R2串聯(lián)處為D端，RB與R1串聯(lián)串聯(lián)處為C端，C、D兩端為電橋輸出端，分別與放大電路、積分電路或信號讀出電路相連成回路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路，其特 征在于所述RA電阻為紅外敏感電阻，Rb與Ra具有相同材料特性，且阻值 相等，RB不受紅外輻射的照射。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路，其特 征在于所述R" 112電阻為相同材質(zhì)制作的電阻，且阻值相等。
專利摘要本實(shí)用新型涉及基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路，由R<sub>A</sub>、R<sub>B</sub>、R<sub>1</sub>、R<sub>2</sub>四個(gè)電阻、放大電路、積分電路或讀出電路組成，其特征在于R<sub>A</sub>與R<sub>2</sub>串聯(lián)，R<sub>B</sub>與R<sub>1</sub>串聯(lián)，再并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)惠斯通電橋，并聯(lián)的兩端(A，B)為惠斯通電橋的電壓輸入端，R<sub>A</sub>與R<sub>2</sub>串聯(lián)處為D端，R<sub>B</sub>與R<sub>1</sub>串聯(lián)串聯(lián)處為C端，C、D兩端為電橋輸出端，分別與放大電路、積分電路或信號讀出電路相連成回路。本實(shí)用新型通過在讀出電路上再多設(shè)計(jì)兩個(gè)電阻R<sub>1</sub>和R<sub>2</sub>，與R<sub>A</sub>和R<sub>B</sub>構(gòu)成惠斯通電橋來實(shí)現(xiàn)紅外信號的讀出，此種讀出方式比常規(guī)電路或單端輸入的放大電路具有更高的信噪比和信號變化率ΔV/V，這樣可以將紅外探測器的噪聲降低到更低的水平。
文檔編號G01J5/24GK201402184SQ20092008546
公開日2010年2月10日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者立 黃 申請人:武漢高德紅外股份有限公司