一種非制冷紅外焦平面陣列的讀出電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例公開了一種非制冷紅外焦平面陣列的讀出電路，包括：產生探測輸出信號的第一偏置電路、產生第一參考輸出信號的第二偏置電路、第一積分電路和模數(shù)轉換電路，模數(shù)轉換電路包括斜坡信號發(fā)生器，該斜坡信號發(fā)生器基于第三偏置電路中的第二參考微測輻射熱計的輸出生成斜坡信號。該讀出電路中，探測輸出信號和第一參考輸出信號的“做差”和“放大”由積分器在模擬域完成，而“求比例”由模數(shù)轉換器在模數(shù)轉換的過程中完成，模數(shù)轉換與紅外探測結合更加緊密。而且，參考微測輻射熱計在列級集成的讀出通道中僅使用了一個，在芯片級的斜坡信號發(fā)生器中也僅用了一個，在面積上更節(jié)約，且有較少的噪聲源。
【專利說明】—種非制冷紅外焦平面陣列的讀出電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外焦平面陣列【技術領域】，尤其是涉及一種非制冷紅外焦平面陣列的讀出電路。
【背景技術】
[0002]微測輻射熱計紅外成像系統(tǒng)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。
[0003]傳統(tǒng)非制冷微測福射熱計紅外成像系統(tǒng)中使用熱電制冷器(Thermo-E IectricCooler, TEC)實現(xiàn)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(tǒng)，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。
[0004]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(wěn)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(shù)字信號輸出是一種保證圖像質量的有效手段。
[0005]現(xiàn)有的具有模數(shù)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(xiàn)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(jīng)積分器放大，再模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字信號輸出。
[0006]現(xiàn)有技術的讀出電路中，模數(shù)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。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的之一是提供一種其中使用的參考微測輻射熱計更少、更加節(jié)約芯片面積的非制冷紅外焦平面陣列的讀出電路。
[0008]本發(fā)明的目的之一是提供一種其中模數(shù)轉換與紅外探測接合的更加緊密的非制冷紅外焦平面陣列的讀出電路。
[0009]本發(fā)明公開的技術方案包括:
提供了一種非制冷紅外焦平面陣列的讀出電路，其特征在于，包括:第一偏置電路，所述第一偏置電路連接到探測微測輻射熱計單元，所述第一偏置電路基于所述探測微測輻射熱計單元的電學性質產生探測輸出信號；第二偏置電路，所述第二偏置電路包括第一參考微測輻射熱計單元，所述第二偏置電路基于所述第一參考微測輻射熱計單元的電學性質產生第一參考輸出信號；第一積分電路，所述第一偏置電路和所述第二偏置電路連接到所述第一積分電路，所述第一積分電路將所述探測輸出信號和所述第一參考輸出信號做差并將所述探測輸出信號和所述第一參考輸出信號的差放大，產生積分輸出信號；模數(shù)轉換電路，所述第一積分電路連接到所述模數(shù)轉換電路，并且所述模數(shù)轉換電路將所述積分輸出信號轉換成數(shù)字輸出信號；其中所述模數(shù)轉換電路包括斜坡信號發(fā)生器，所述斜坡信號發(fā)生器包括:斜坡信號生成電路；第三偏置電路，所述第三偏置電路連接到所述斜坡信號生成電路；所述第三偏置電路包括第二參考微測輻射熱計，所述第三偏置電路基于所述第二參考微測輻射熱計的電學性質產生第二參考輸出信號并將所述第二參考輸出信號輸出到所述斜坡信號生成電路；所述斜坡信號生成電路基于所述第二參考輸出信號生成斜坡信號。
[0010]本發(fā)明的一個實施例中，所述第一偏置電路包括:第一恒流源，所述第一恒流源連接到所述探測微測輻射熱計單元的一端；第一運算放大器；其中所述探測微測輻射熱計單元的與所述第一恒流源連接的一端還連接到所述第一運算放大器的同相輸入端。
[0011]本發(fā)明的一個實施例中，所述第二偏置電路還包括:第二恒流源，所述第二恒流源連接到所述第一參考微測輻射熱計單元的一端；第二運算放大器；其中所述第一參考微測輻射熱計單元的與所述第二恒流源連接的一端還連接到所述第二運算放大器的同相輸入端；所述第二恒流源與所述第一恒流源的偏置電流相等。
[0012]本發(fā)明的一個實施例中，所述第三偏置電路還包括:第三恒流源，所述第三恒流源連接到所述第二參考微測輻射熱計的一端；第三運算放大器；其中所述第二參考微測輻射熱計的與所述第三恒流源連接的一端還連接到所述第三運算放大器的同相輸入端；所述第三恒流源的偏置電流小于所述第一恒流源或者所述第二恒流源的偏置電流。
[0013]本發(fā)明的一個實施例中，所述積分電路包括第四運算放大器、積分電阻和積分電容，其中:所述第一偏置電路通過所述積分電阻連接到所述第四運算放大器的反相輸入端；所述第二偏置電路連接到所述第四運算放大器的同相輸入端；所述第四運算放大器的所述反相輸入端通過所述積分電容連接到所述第四運算放大器的輸出端。
[0014]本發(fā)明的一個實施例中，所述斜坡信號生成電路包括電流鏡電路和第二積分電路，所述第三偏置電路連接到所述電流鏡電路，所述電流鏡電路連接到所述第二積分電路。
[0015]本發(fā)明的一個實施例中，所述模數(shù)轉換電路還包括:比較器，所述第一積分電路連接到所述比較器的第一輸入端，所述斜坡信號發(fā)生器連接到所述比較器的第二輸入端；計數(shù)器；寄存器組，所述比較器的輸出端和所述計數(shù)器的輸出端連接到所述寄存器組；其中所述比較器比較所述積分輸出信號和所述斜坡信號；所述寄存器組基于所述積分輸出信號和所述斜坡信號的比較結果以及所述計數(shù)器的計數(shù)結果產生所述數(shù)字輸出信號。
[0016]本發(fā)明的一個實施例中，所述計數(shù)器為雙邊沿格雷碼計數(shù)器。
[0017]本發(fā)明的實施例中的讀出電路中，探測輸出信號和第一參考輸出信號的“做差”和“放大”由積分器在模擬域完成，而“求比例”由模數(shù)轉換器在模數(shù)轉換的過程中完成，模數(shù)轉換成為紅外探測的一個部分，與紅外探測結合更加緊密。而且，參考微測輻射熱計在列級集成的讀出通道中僅使用了一個，而芯片級的斜坡信號發(fā)生器中也僅用了一個參考微測輻射熱計，因此在面積上更節(jié)約，且有較少的噪聲源。
【專利附圖】

【附圖說明】[0018]圖1是本發(fā)明一個實施例的非制冷紅外焦平面陣列的讀出電路的結構框圖示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明一個實施例的第一偏置電路的結構示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明一個實施例的在不同的襯底溫度下第一偏置電路的輸出信號與目標溫度的關系曲線示意圖。
[0021]圖4是本發(fā)明一個實施例的第二偏置電路的結構示意圖。
[0022]圖5是本發(fā)明一個實施例的在不同的襯底溫度下第二偏置電路的輸出信號與目標溫度的關系曲線示意圖。
[0023]圖6是本發(fā)明一個實施例的第一積分電路的結構示意圖。
[0024]圖7是本發(fā)明一個實施例的在不同的襯底溫度下第一積分電路的輸出信號與積分時間的關系曲線示意圖。
[0025]圖8是本發(fā)明一個實施例的斜坡信號發(fā)生器的結構示意圖。
[0026]圖9是本發(fā)明一個實施例的在不同的襯底溫度下斜坡信號發(fā)生器輸出的斜坡信號與模數(shù)轉換時間的關系曲線示意圖。
[0027]圖10是本發(fā)明一個實施例的雙邊沿格雷碼計數(shù)器的結構和時序示意圖。
[0028]圖11是本發(fā)明一個實施例的模數(shù)轉換的時序示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面將結合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例的非制冷紅外焦平面陣列的讀出電路的具體結構。
[0030]圖1為本發(fā)明一個實施例中的非制冷紅外焦平面陣列的讀出電路的結構框圖示意圖。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明一個實施例中，一種非制冷紅外焦平面陣列的讀出電路包括第一偏置電路10、第二偏置電路20、第一積分電路30和模數(shù)轉換電路50。
[0032]本發(fā)明的實施例中，第一偏置電路10連接到探測微測輻射熱計單元。非制冷紅外焦平面陣列中，通常包括多個探測微測輻射熱計單元，并且這些探測微測輻射熱計單元排列成陣列，用以探測入射的紅外輻射。本發(fā)明的實施例中，一個第一偏置電路10連接到該探測微測輻射熱計陣列中的一列(或者行)，并且在工作時，每次可選擇地連接到該列(或者行)中的一個探測微測輻射熱計單元上。也就是說，每列(或者行)探測微測輻射熱計單元對應設置有一個第一偏置電路10。因此，本發(fā)明的實施例中，該讀出電路包括多個第一偏置電路10，并且第一偏置電路10的數(shù)量可以與探測微測輻射熱計陣列中的探測微測輻射熱計單元的列(或者行)的數(shù)量相同。
[0033]本發(fā)明的實施例中，第一偏置電路10連接到探測微測輻射熱計單元，并且基于該探測微測輻射熱計單元的電學性質產生探測輸出信號。
[0034]—個實施例中，第一偏置電路10的結構可以如圖2所不。其中，該第一偏置電路10包括第一恒流源101和第一運算放大器102。第一恒流源101連接到探測微測輻射熱計單元(圖中用Rs示意性地表示)的一端(例如圖中字母“A”所示)，并且該探測微測輻射熱計單元的與該第一恒流源101連接的一端(圖中字母“A”所示)還連接到第一運算放大器102的同相輸入端。[0035]本實施例中，第一運算放大器102的反相輸入端連接到該第一運算放大器102的輸出端(例如圖中字母“B”所示)。
[0036]工作時，紅外輻射被探測微測輻射熱計單元所獲取，引起探測微測輻射熱計單元的溫度變化，從而改變探測微測輻射熱計單元的電學性質(例如，探測微測輻射熱計單元的等效電阻值Rs)，從而改變第一偏置電路10根據(jù)該探測微測輻射熱計單元的電學性質(例如其等效電阻值Rs)產生的探測輸出信號(例如，輸出電壓Vs)。
[0037]此外，當紅外焦平面陣列的襯底溫度發(fā)生變化時，探測微測輻射熱計單元的電學性質(例如其等效電阻值Rs)也會發(fā)生變化，從而導致探測輸出信號(例如，輸出電壓Vs)的變化。
[0038]例如，一個實施例中，該第一偏置電路10中，第一恒流源101提供的偏置電流對探測微測輻射熱計單元恒流偏置，并由第一運算放大器102取A點電壓并作為輸出Vs。該輸出Vs由偏置電流和探測微測輻射熱計單元的等效電阻&共同決定。探測微測輻射熱計單元的等效電阻Rs與襯底溫度有關。
[0039]本發(fā)明一個實施例中，第一偏置電路10的輸出電壓Vs與目標溫度Ttmget和襯底溫度(Tsubl、Tsub2)之間的關系可以如圖3所示。由圖3可知Vs隨紅外目標溫度升高而降低，且K隨襯底溫度升高而降低。
[0040]本發(fā)明的實施例中，第二偏置電路20與第一偏置電路10和/或探測微測輻射熱計單元的列(或者行)對應，即，每個探測微測輻射熱計單元的列(或者行)和/或第一偏置電路10對應設置有一個第二偏置電路20。因此，本發(fā)明的實施例中，該讀出電路包括多個第二偏置電路20，并且第二偏置電路20的數(shù)量可以與探測微測輻射熱計陣列中的探測微測輻射熱計單元的列(或者行)和/或第一偏置電路10的數(shù)量相同。并且本發(fā)明的一個實施例中，每個第二偏置電路20包括一個第一參考微測輻射熱計單元(如下文所述)。
[0041]本發(fā)明的實施例中，第二偏置電路20的集成方式可以與第一偏置電路10相同。即，如果第一偏置電路10是列集成方式，則第二偏置電路20也是列集成方式；如果第一偏置電路10是行集成方式，則第二偏置電路20也是行集成方式。
[0042]一個實施例中，第二偏置電路20的結構可以如圖4所示，包括第二恒流源201、第二運算放大器202和第一參考微測輻射熱計單元203。
[0043]本發(fā)明的實施例中，第二偏置電路20包括第一參考微測輻射熱計單元203，并且基于該第一參考微測輻射熱計單元203的電學性質產生第一參考輸出信號(例如，輸出電壓Vb)。如前文所述，本發(fā)明的實施例中，讀出電路可以包括多個第二偏置電路20，因此，該讀出電路中相應地可以包括多個第一參考微測輻射熱計單元203。
[0044]本發(fā)明的實施例中，該第一參考微測輻射熱計單元203不受入射的紅外輻射影響，即，工作時，其不對入射的紅外輻射產生響應。例如，一個實施例中，該第一參考微測輻射熱計單元203可以包括遮蔽罩2030，工作時，該遮蔽罩2030遮擋入射的紅外輻射使得入射的紅外輻射不能入射到該第一參考微測輻射熱計單元203上。本發(fā)明一個實施例中，除了該遮蔽罩2030之外，該第一參考微測輻射熱計單元203的其它結構可以與前述的探測微測福射熱計單元相同。
[0045]但是，雖然第一參考微測輻射熱計單元203不受入射的紅外輻射影響，但是其電學性質(例如，其等效電阻Rb)將受到紅外焦平面陣列的襯底溫度的影響。[0046]例如，一個實施例中，該第二偏置電路20中，第二恒流源201提供的偏置電流
對第一參考微測輻射熱計單元203恒流偏置，并由第二運算放大器202取C點電壓并作為輸出\。該輸出\由偏置電流4#和第一參考微測輻射熱計單元203的等效電阻Rb共同決定。第一參考微測輻射熱計單元203的等效電阻Rb與襯底溫度有關。
[0047]本發(fā)明一個實施例中，第二恒流源201的偏置電流可以與第一恒流源101的偏置電流相等，即大小相同。
[0048]本發(fā)明一個實施例中，第二偏置電路20的輸出電壓Vb與目標溫度Ttmget和襯底溫度(Tsubl、Tsub2)之間的關系可以如圖5所示。由圖5可見Vb隨紅外目標溫度升高而降低，且Vb隨襯底溫度升高而降低。
[0049]本發(fā)明的實施例中，第二恒流源201連接到第一參考微測輻射熱計單元203的一端(例如圖中字母“C”所示)，并且該第一參考微測輻射熱計單元203的與該第二恒流源201連接的一端(圖中字母“C”所示)還連接到第二運算放大器202的同相輸入端。
[0050]本實施例中，第二運算放大器202的反相輸入端連接到該第二運算放大器202的輸出端(例如圖中字母“D”所示)。
[0051 ] 本發(fā)明的實施例中，第一偏置電路10和第二偏置電路20連接到第一積分電路30。該第一積分電路30將第一偏置電路10輸出的探測輸出信號和第二偏置電路20輸出的第一參考輸出信號做差(即計算二者的差)并將該探測輸出信號和第一參考輸出信號的差放大，從而產生積分輸出信號(例如，Vint) O
[0052]一個實施例中，第一積分電路30的結構可以如圖6所示，其中該第一積分電路30包括第四運算放大器301、積分電容302和積分電阻303。
[0053]本實施例中，第一偏置電路10通過積分電阻303連接到第四運算放大器301的反相輸入端，第二偏置電路20連接到該第四運算放大器301的同相輸入端，第四運算放大器301的反相輸入端通過積分電容302連接到該第四運算放大器301的輸出端。
[0054]此外，該第一積分電路30還可以包括相應的時序開關305，該時序開關305連接在第四運算放大器301的反相輸入端和輸出端之間，即，與積分電容302并聯(lián)。
[0055]該第一積分電路30中，以Vb為初始值，按照Vb和Vs的差值積分，該第一積分電路30獲得的信號Vint隨襯底溫度變化。
[0056]圖7中所不的圖為積分輸出Vint與積分時間關系。從O到Tint—start時刻為積分器復位時間，將積分器輸出復位到其同相輸入端的值，即Vb。從Tint start到Tint 時刻為積分器積分時間，從初始值開始將\和Vs的差值積分。兩條曲線是相同紅外輻射、不同襯底溫度(Tsubl、Tsub2)下的積分曲線。其中，Tsubl〈Tsub2，可見襯底溫度較高時積分輸出較小，反之較大。
[0057]如圖1所示，第一積分電路30連接到模數(shù)轉換電路50。該模數(shù)轉換電路50將第一積分電路30的積分輸出信號轉換成數(shù)字輸出信號。
[0058]模數(shù)轉換電路50包括比較器501、斜坡信號發(fā)生器502、計數(shù)器503和寄存器組505。第一積分電路30連接到比較器501的第一輸入端，斜坡信號發(fā)生器502連接到比較器501的第二輸入端，比較器501的輸出端和計數(shù)器503的輸出端連接到寄存器組505。
[0059]本發(fā)明的實施例中，模數(shù)轉換電路50中，比較器501和寄存器組505可以是列級集成的器件，而斜坡信號發(fā)生器502是芯片級集成的器件。[0060]比較器501比較第一積分電路30輸出的積分輸出信號Vint和斜坡信號發(fā)生器502輸出的斜坡信號VMmp，并將比較結果PWM輸出到寄存器組505 ;計數(shù)器503進行計數(shù)，并將計數(shù)結果輸出到寄存器組505。寄存器組505基于積分輸出信號Vint與斜坡信號Vramp的較結果PWM和計數(shù)器503的計數(shù)結果產生數(shù)字輸出信號Dwt。
[0061]本發(fā)明的一個實施例中，計數(shù)器503可以是雙邊沿格雷碼計數(shù)器。使用雙邊沿格雷碼計數(shù)器可以降低操作速率，減小電路設計的壓力。
[0062]一個實施例中，斜坡信號發(fā)生器502的結構可以如圖8所示。本實施例中，斜坡信號發(fā)生器502包括第三偏置電路5020和斜坡信號生成電路，該第三偏置電路5020連接到斜坡信號生成電路。其中斜坡信號生成電路包括電流鏡電路5021和第二積分電路5022。第三偏置電路5020連接到電流鏡電路5021，該電流鏡電路5021連接到第二積分電路5022。
[0063]如圖8所示，一個實施例中，第三偏置電路包括第三恒流源5025、第三運算放大器5026和第二參考微測輻射熱計5027。
[0064]本發(fā)明的實施例中，第三偏置電路5020包括第二參考微測輻射熱計5027，并且基于該第二參考微測輻射熱計5027的電學性質產生第二參考輸出信號。
[0065]本發(fā)明的實施例中，斜坡信號發(fā)生器502為芯片級集成的器件，而非列(或者行)級集成的器件。也就是說，每個斜坡信號發(fā)生器502可以對應探測微測輻射熱計陣列中的多個列(或者行)。即，每個模數(shù)轉換器電路50對應多個第一偏置電路10和第二偏置電路20。因此，相應地，對于多個第一偏置電路10和第二偏置電路20，對應的第二參考微測輻射熱計5027只需要一個。
[0066]本發(fā)明的實施例中，該第二參考微測輻射熱計5027不受入射的紅外輻射影響，即，工作時，其不對入射的紅外輻射產生響應。例如，一個實施例中，該第二參考微測輻射熱計5027可以包括遮蔽罩5028，工作時，該遮蔽罩5028遮擋入射的紅外輻射使得入射的紅外輻射不能入射到該第二參考微測輻射熱計5027上。本發(fā)明一個實施例中，除了該遮蔽罩5028之外，該第二參考微測輻射熱計5027的其它結構可以與前述的探測微測輻射熱計單元相同。
[0067]但是，雖然第二參考微測輻射熱計5027不受入射的紅外輻射影響，但是其電學性質(例如，其等效電阻Rbl)將受到紅外焦平面陣列的襯底溫度的影響。
[0068]例如，一個實施例中，該第三偏置電路5020中，第三恒流源5025提供的偏置電流可以為kIMf，這里，0<k<l。這里，k是一個選定的恒量，其值可以根據(jù)需要選定。該偏置電流kl,ef對第二參考微測輻射熱計5027恒流偏置，并由第三運算放大器5026取E點電壓并作為第二參考輸出信號輸出。該輸出的電壓由偏置電流kIMf和第二參考微測輻射熱計5027的等效電阻Rbl共同決定。第二參考微測輻射熱計5027的等效電阻Rbl與襯底溫度有關，因此，第二參考輸出信號將與襯底溫度有關。
[0069]本發(fā)明的實施例中，第三恒流源5025連接到第二參考微測輻射熱計5027的一端(例如圖中字母“E”所示)，并且該第二參考微測輻射熱計5027的與該第三恒流源5025連接的一端(圖中字母“E”所示)還連接到第三運算放大器5026的同相輸入端。
[0070]本發(fā)明的一個實施例中，第三恒流源5025的偏置電流可以小于第一恒流源101或者第二恒流源201的偏置電流。
[0071]本實施例中，第三運算放大器5026的反相輸入端連接到電流鏡電路5021，例如，連接到電流鏡電路5021中的斜坡電路電阻Rramp的一端。
[0072]本發(fā)明的實施例中，斜坡信號生成電路(例如，電流鏡電路5021和第二積分電路5022)基于第三偏置電路5020輸出的第二參考輸出信號生成斜坡信號VMP。由前文所述，第三偏置電路5020輸出的第二參考輸出信號與襯底溫度有關，因此該斜坡信號Vramp也與襯底溫度有關。
[0073]本發(fā)明一個實施例中，斜坡信號發(fā)生器502輸出的斜坡信號Vramp與模數(shù)轉換時間Tad和襯底溫度(Tsubl、Tsub2)之間的關系可以如圖9所不。
[0074]因此，如圖8和圖9所示，本實施例中，恒流偏置第二參考微測輻射熱計，但是偏置電流與前述的第一偏置電路10和第二偏置電路20中不同，為klref (O < k〈l)。由第三運算放大器5026獲取kKA，并在斜坡電路電阻Rramp上產生電流厶。由Ib的產生方式可知其與襯底溫度有關。斜坡發(fā)生器502中的積分器在kKA的基礎上對Ir的鏡像電流積分，積分輸出即為斜坡信號K-。由圖中易知Vraap隨襯底溫度變化。
[0075]圖9中圖示了斜坡發(fā)生器502的輸出Vramp與模數(shù)轉換時間Tad的關系。兩條曲線是相同紅外輻射、不同襯底溫度下的Vramp曲線。其中，7^X7；*，可見襯底溫度較高時Vrmip較小，反之較大。即其關系與第一積分電路30的輸出Ftoi和襯底溫度的關系趨勢相同。
[0076]本發(fā)明的實施例中，利用Ftoi和Vrmip與襯底溫度的關系趨勢相同的特點，在模數(shù)轉換的過程中完成襯底溫度補償。因為本發(fā)明實施例中的模數(shù)轉換電路50 (例如，其構成了一個單斜率模數(shù)轉換器(Single Slope ADC))的實質是求Vint和Vramp的比例，二者求比例后可消除與襯底溫度相關項，故其比例與襯底溫度無關。
[0077]如前文所述，本發(fā)明的實施例中，計數(shù)器503可以是雙邊沿格雷碼計數(shù)器。圖10是圖1中的雙邊沿格雷碼計數(shù)器的結構和時序示意圖。雙邊沿格雷碼計數(shù)器使用兩種觸發(fā)器，上升沿有效觸發(fā)器和下降沿有效觸發(fā)器。該計數(shù)器在時鐘的上升沿和下降沿都能計數(shù)，即一個時鐘計兩個數(shù)。格雷碼計數(shù)有效的降低模數(shù)轉換器的誤碼率。同時，使用雙邊沿格雷碼計數(shù)器可以降低操作速率，減小電路設計的壓力。
[0078]圖11是本發(fā)明實施例的模數(shù)轉換的時序圖。V-是積分結果'Vraap是斜坡信號發(fā)生器的輸出；PWM是比較器的比較結果，它在Kw剛小于Vraap時由高電平轉換為低電平并在該模數(shù)轉換周期內保持為低，控制寄存器組記錄并保持當前計數(shù)器計數(shù)。Counts是計數(shù)器計數(shù)，它在模數(shù)轉換過程中持 續(xù)增長，不受/W信號控制。Dout為寄存器組所記錄到的計數(shù)器計數(shù)，當/W為高電平時，它隨Counts變化，當/W由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，它不再跟隨Counts變化,而記錄當前的ts,之后/W保持為低電平,使久也保持不變。
[0079]其中襯底溫度和目標溫度的關系分別為-JsublCU，Ttargetl>Ttarget20斜坡信號發(fā)生器的輸出Vmp在Tsubl下，初始值較高，斜率較大(與Tsub2的Vramp相比)。Ttargetl下的積分結果Vjnt比Ttarget2下的積分結果高，且二者相對于Tsub2下的Vjnt都更高。但是在兩個襯底溫度下，對于相同的目標溫度，其數(shù)字輸出Dout都是相同的。
[0080]因為比較器和寄存器組都是列級集成，因此該列的/W信號變?yōu)榈碗娖綍r，并不會影響其它列的寄存器組，即相同行的各列的模數(shù)轉換可以在一個模數(shù)轉換周期中完成。
[0081]本發(fā)明中輻射信號獲取由恒流偏置的微測輻射熱計支路完成。紅外輻射信號的“做差”和“放大”由積分器在模擬域完成，而“求比例”由模數(shù)轉換器(例如，Single SlopeADC)在模數(shù)轉換的過程中完成。模數(shù)轉換成為紅外探測的一個部分，與紅外探測結合更加緊密。同時，參考微測輻射熱計在列級集成的讀出通道中僅使用了一個，而芯片級的帶參考微測輻射熱計的斜坡信號發(fā)生器僅用了一個，因此在面積上更節(jié)約，且有較少的噪聲源。此外使用雙邊沿格雷碼計數(shù)器可以降低操作速率，減小電路設計的壓力。
[0082] 以上通過具體的實施例對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不限于這些具體的實施例。本領域技術人員應該明白，還可以對本發(fā)明做各種修改、等同替換、變化等等，這些變換只要未背離本發(fā)明的精神，都應在本發(fā)明的保護范圍之內。此外，以上多處所述的“一個實施例”表示不同的實施例，當然也可以將其全部或部分結合在一個實施例中。
【權利要求】
1.一種非制冷紅外焦平面陣列的讀出電路，其特征在于，包括: 第一偏置電路，所述第一偏置電路連接到探測微測輻射熱計單元，所述第一偏置電路基于所述探測微測輻射熱計單元的電學性質產生探測輸出信號； 第二偏置電路，所述第二偏置電路包括第一參考微測輻射熱計單元，所述第二偏置電路基于所述第一參考微測輻射熱計單元的電學性質產生第一參考輸出信號； 第一積分電路，所述第一偏置電路和所述第二偏置電路連接到所述第一積分電路，所述第一積分電路將所述探測輸出信號和所述第一參考輸出信號做差并將所述探測輸出信號和所述第一參考輸出信號的差放大，產生積分輸出信號； 模數(shù)轉換電路，所述第一積分電路連接到所述模數(shù)轉換電路，并且所述模數(shù)轉換電路將所述積分輸出信號轉換成數(shù)字輸出信號； 其中所述模數(shù)轉換電路包括斜坡信號發(fā)生器，所述斜坡信號發(fā)生器包括: 斜坡信號生成電路； 第三偏置電路，所述第三偏置電路連接到所述斜坡信號生成電路； 所述第三偏置電路包括第二參考微測輻射熱計，所述第三偏置電路基于所述第二參考微測輻射熱計的電學性質產生第二參考輸出信號并將所述第二參考輸出信號輸出到所述斜坡信號生成電路； 所述斜坡信號生成電路基于所述第二參考輸出信號生成斜坡信號。
2.如權利要求1所述的讀出電路，其特征在于，所述第一偏置電路包括: 第一恒流源，所述第一恒流源連接到所述探測微測輻射熱計單元的一端；` 第一運算放大器； 其中所述探測微測輻射熱計單元的與所述第一恒流源連接的一端還連接到所述第一運算放大器的同相輸入端。
3.如權利要求2所述的讀出電路，其特征在于，所述第二偏置電路還包括: 第二恒流源，所述第二恒流源連接到所述第一參考微測輻射熱計單元的一端； 第二運算放大器； 其中所述第一參考微測輻射熱計單元的與所述第二恒流源連接的一端還連接到所述第二運算放大器的同相輸入端； 所述第二恒流源與所述第一恒流源的偏置電流相等。
4.如權利要求3所述的讀出電路，其特征在于，所述第三偏置電路還包括: 第三恒流源，所述第三恒流源連接到所述第二參考微測輻射熱計的一端； 第三運算放大器； 其中所述第二參考微測輻射熱計的與所述第三恒流源連接的一端還連接到所述第三運算放大器的同相輸入端。
5.所述第三恒流源的偏置電流小于所述第一恒流源或者所述第二恒流源的偏置電流。
6.如權利要求1至4中任意一項所述的讀出電路，其特征在于，所述第一積分電路包括第四運算放大器、積分電阻和積分電容，其中: 所述第一偏置電路通過所述積分電阻連接到所述第四運算放大器的反相輸入端； 所述第二偏置電路連接到所述第四運算放大器的同相輸入端； 所述第四運算放大器的所述反相輸入端通過所述積分電容連接到所述第四運算放大器的輸出端。
7.如權利要求1所述的讀出電路，其特征在于，所述斜坡信號生成電路包括電流鏡電路和第二積分電路，所述第三偏置電路連接到所述電流鏡電路，所述電流鏡電路連接到所述第二積分電路。
8.如權利要求1或者6所述的讀出電路，其特征在于，所述模數(shù)轉換電路還包括: 比較器，所述第一積分電路連接到所述比較器的第一輸入端，所述斜坡信號發(fā)生器連接到所述比較器的第二輸入端； 計數(shù)器； 寄存器組，所述比較器的輸出端和所述計數(shù)器的輸出端連接到所述寄存器組； 其中所述比較器比較所述積分輸出信號和所述斜坡信號； 所述寄存器組基于所述積分輸出信號和所述斜坡信號的比較結果以及所述計數(shù)器的計數(shù)結果產生所述數(shù)字輸出信號。
9.如權利要求7所述的讀出電路，其特征在于:所述計數(shù)器為雙邊沿格雷碼計數(shù)器。
【文檔編號】G01J5/24GK103776544SQ201410008992
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權日:2014年1月9日
【發(fā)明者】呂堅, 闕隆成, 周云, 魏林海 申請人:電子科技大學