焦平面陣列的單元和包含焦平面陣列的單元的紅外照相的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種焦平面陣列的單元，該單元包括：探測器，包括雪崩光電二極管，適于響應(yīng)于由探測器接收的紅外光，提供探測器信號；第一電容器，適于存儲偏置電壓，同時另外的偏置電壓被加載到焦平面陣列的其它單元中；第一開關(guān)，適于將第一電容器連接至輸入線，以從輸入線向第一電容器提供偏置電壓，并在提供偏置電壓之后從輸入線斷開第一電容；第二電容器，適于在焦平面陣列的至少一個積分期間存儲偏置電壓；第二開關(guān)，適于在所述至少一個積分期間之前從第一電容器向第二電容器提供偏置電壓，以在所述至少一個積分期間通過偏置電壓來偏置探測器；和輸出節(jié)點。還公開了一種包含該焦平面陣列的單元的紅外照相機(jī)。
【專利說明】焦平面陣列的單元和包含焦平面陣列的單元的紅外照相機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型的一個或多個實施例主要涉及焦平面陣列的單元以及包含該焦平面陣列的單元的紅外照相機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]有各種各樣的圖像探測器，如可見光圖像探測器、紅外圖像探測器或其它類型的圖像探測器，可以提供到圖像探測器陣列中，從而捕捉圖像以存儲或顯示。作為一個例子，多個光電二極管可以提供在圖像探測器陣列中，如焦平面陣列，以捕捉圖像。
[0003]典型的圖像探測器陣列需要穩(wěn)定的參考信號，如電壓參考信號，具有最小的噪聲，以產(chǎn)生高質(zhì)量圖像。然而，常規(guī)的電壓參考信號發(fā)生器可以提供參考信號，如偏置電壓，其包括高頻噪聲分量和/或在探測器陣列內(nèi)從一行到另一行變化的噪聲。這些類型的噪聲分量很難從圖像探測器陣列的輸出信號移除，由此會限制圖像探測器陣列的整體性能。結(jié)果，需要一種改良技術(shù)，以提供用于圖像檢測陣列的參考信號。
實用新型內(nèi)容
[0004]根據(jù)本實用新型的一個實施例，焦平面陣列的單元包括:探測器，其包括雪崩光電二極管，適于響應(yīng)探測器接收的紅外光，提供探測器信號；第一電容器，其適于存儲偏置電壓，同時另外的偏置電壓被加載到焦平面陣列的其它單元中；第一開關(guān)，其適于將第一電容器連接至輸入線，以從輸入線向第一電容器提供偏置電壓，并在提供偏置電壓之后從輸入線斷開第一電容；第二電容器，其適于在焦平面陣列的至少一個積分期間存儲偏置電壓；第二開關(guān)，其適于在至少一個積分期間之前從第一電容器向第二電容器提供偏置電壓，以在所述至少一個積分期間通過偏置電壓來偏置探測器；和輸出節(jié)點，其適于存儲響應(yīng)于探測器信號和由第二電容器存儲的偏置電壓而改變的輸出電壓。
[0005]根據(jù)本實用新型的另一個實施例，一種包含上述的焦平面陣列的單元的紅外照相機(jī)。
[0006]本實用新型的范圍由權(quán)利要求定義，其作為參考引入該章節(jié)。通過考慮下面一個或多個實施例的詳細(xì)描述，對于本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員來說，將給與對本實用新型實施例更全面的理解，還能實現(xiàn)本實用新型的另外優(yōu)點。參考首先將簡要描述的圖的附表。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1A示出了根據(jù)本實用新型的實施例的焦平面陣列和相關(guān)電路的高層方塊圖。
[0008]圖1B示出了根據(jù)本實用新型的實施例的圖1A的焦平面陣列的詳細(xì)方塊圖。
[0009]圖1C示出了根據(jù)本實用新型的實施例的圖1A的焦平面陣列的具體實施實例。
[0010]圖2A示出了根據(jù)本實用新型的實施例的圖1A的焦平面陣列的列多路復(fù)用器的示意圖。
[0011]圖2B示出了根據(jù)本實用新型的實施例的圖1A的焦平面陣列的行多路復(fù)用器的示意圖。
[0012]圖3A示出了根據(jù)本實用新型的實施例的圖1A的焦平面陣列的列定時的詳細(xì)操作的計時圖。
[0013]圖3B和3C示出了根據(jù)本實用新型的多個實施例的圖1A的焦平面陣列的幀定時的詳細(xì)操作的計時圖。
[0014]圖3D示出了根據(jù)本實用新型的實施例的圖1A的焦平面陣列的讀出集成電路(ROIC)的詳細(xì)操作的計時圖。
[0015]圖4-8示出了根據(jù)本實用新型的幾個實施例的圖1A的焦平面陣列的單元的各種實現(xiàn)。
[0016]參考下面的詳細(xì)描述，能夠最佳理解本實用新型的實施例和其它優(yōu)點。應(yīng)該意識至IJ，類似的附圖標(biāo)記用于標(biāo)識在一個或多個圖中示出的類似的元件。
【具體實施方式】
[0017]圖1A示出了根據(jù)本實用新型的實施例的焦平面陣列(FPA)IOO和相關(guān)電路102的高層方塊圖。FPA100包括:單元陣列110、列多路復(fù)用器120和140、列放大器130和150、行多路復(fù)用器160、控制偏置和定時電路170、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 180和數(shù)據(jù)輸出緩沖器190。
[0018]如圖1A所示，F(xiàn)PA100和電路102可以實現(xiàn)為照相機(jī)的一部分，如紅外照相機(jī)101。在這一點上，應(yīng)該意識到，除了 FPA100和電路102的不同部件之外，紅外照相機(jī)101還可包括在各種實現(xiàn)中都合適的一個或多個處理器、存儲器、邏輯元件、顯示器、接口、透鏡和/或其它部件。
[0019]單元陣列110包括多個單元，每個可包括探測器和接口電路。每個單元的探測器可以是光電二極管(例如，雪崩二極管或其它合適的探測器)，其在積分期間，響應(yīng)探測器接收的光(例如，紅外光或其它光)而提供探測器信號(例如，電荷、電流、電壓或其它信號形式)。接口電路可以響應(yīng)探測器提供的探測器信號提供輸出信號，如輸出電壓或電流(例如，對應(yīng)與探測器接收的光相關(guān)的數(shù)據(jù)值)。列多路復(fù)用器140、列放大器150、行多路復(fù)用器160和數(shù)據(jù)輸出緩沖器190可以用來提供來自單元陣列110的輸出信號，作為數(shù)據(jù)輸出信號192。在這一點上，列多路復(fù)用器140、列放大器150、行多路復(fù)用器160和數(shù)據(jù)輸出緩沖器190可以共同提供FPA100的讀出集成電路(R0IC)。
[0020]每個單元可進(jìn)一步包括一個或多個電容器，其可以捕捉參考信號，如在單元上接收的用于以偏置單元的探測器的偏置電壓(例如，對應(yīng)于偏置系數(shù)值)，以補償例如，由于溫度、制造工藝和/或其它因素的變化的單元的不同響應(yīng)特性。通過向每個單元提供適當(dāng)?shù)钠秒妷?，單元陣?10可以響應(yīng)入射在單元的探測器上的紅外光，有效校正以提供精確的圖像數(shù)據(jù)。
[0021]如圖1A所示，電路102可以包括定時產(chǎn)生模塊185 (例如，其可以向FPA100提供多個時鐘和/或其它定時信號186、187和188)、DAC數(shù)據(jù)寄存器裝載電路184和偏置系數(shù)存儲器189。
[0022]偏置系數(shù)寄存器189可以存儲多個偏置系數(shù)值。例如，在一個實施例中，可以為單元陣列110的每個單元存儲一個或多個偏置系數(shù)值。在一個實施例中，該偏置系數(shù)值可以提供為響應(yīng)定時信號188的向DAC數(shù)據(jù)寄存器加載電路184提供的12位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入信號181。DAC數(shù)據(jù)寄存器加載電路184可以響應(yīng)定時信號187提供數(shù)據(jù)輸入信號182 (例如，對應(yīng)于數(shù)據(jù)輸入信號181)。
[0023]DAC180將在數(shù)據(jù)輸入信號182中接收的數(shù)字偏置系數(shù)值轉(zhuǎn)換成偏置電壓(例如，模擬信號316)，其可以通過列多路復(fù)用器120、列放大器130和行多路復(fù)用器160的操作被提供給單個單元。
[0024]圖1B示出了根據(jù)本實用新型的實施例的FPA100的詳細(xì)方塊圖。除了圖1A中示出的各種部件之外，圖1B進(jìn)一步示出了列使能線121和141、采樣和保持電路122和152、列輸入線132、列輸出線134和行使能線162。
[0025]列尋址多路復(fù)用器120可通過列使能線121操作采樣和保持電路122，以通過列放大器130和列輸入線132，從DAC180向單元112的一個或多個列選擇性提供偏置電壓。
[0026]仍然如圖1B所示，單元陣列110的每個單元112可包括輸入開關(guān)114、輸出開關(guān)116和主電路118(例如，其可包括探測器和一個或多個電容器，如這里進(jìn)一步描述的)。輸入開關(guān)114可通過行使能線162由行多路復(fù)用器160選擇性閉合，以從列輸入線132向主電路118的一個或多個電容器提供偏置電壓。在偏置電壓被主電路118的一個或多個電容器存儲之后，輸入開關(guān)114還可以選擇性打開，以隔離主電路118的一個或多個電容器與列輸入線132。結(jié)果，主電路118的一個或多個電容器可以有效地與列輸入線132去耦(例如，與偏置電壓提供電路去耦)，由此當(dāng)在一個或多個積分期間單元陣列110檢測一個或多個圖像幀時，可以相對保持無噪聲。
[0027]在一些實施例中，不需要針對每個圖像幀為每個單元112重新提供偏置電壓。相反，在許多個積分期間上(例如，在不同實施例中在幾個至幾百或者甚至幾千積分期間范圍內(nèi))，該偏置電壓可以由每個單元112保持(例如，存儲在每個單元112的一個或多個電容器中)。在另一實施例中，可以對于每個圖像幀向每個單元112提供該偏置電壓(例如，對于每個積分期間)。
[0028]如所述的，單元112可以響應(yīng)于探測器接收的紅外光提供輸出信號。輸出開關(guān)116可以通過行使能線162由行多路復(fù)用器160選擇性閉合，以從主電路118的探測器向列輸出線134輸出信號,如輸出電壓或電流。在一個實施例中,輸入開關(guān)114和輸出開關(guān)116可以由不同的行使能線162單獨操作。在另一實施例中，輸入開關(guān)114和輸出開關(guān)116可由共享的行使能線162基本同時操作。列尋址多路復(fù)用器140可以通過列使能線141操作采樣和保持電路152，以選擇性從列輸出線134向數(shù)據(jù)輸出緩沖器190提供輸出信號。
[0029]圖1C示出了根據(jù)本實用新型的實施例的具有單元陣列100的FPA100的具體實現(xiàn)實例，該單元陣列100實現(xiàn)為640乘512陣列(例如，對應(yīng)于640乘以512個像素)。除了圖1A和IB中示出的各種部件之外，圖1C進(jìn)一步示出了兩個DAC180和接合焊盤193。在這一點上，分別在左側(cè)和右側(cè)示出的兩個DAC180，相比在圖1A和IB示出的實施例中所使用的單個DAC180，可以提供更高的整體數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接口速率。而且，在圖1C所示的具體實施例中，DAC數(shù)據(jù)寄存器加載電路184、定時產(chǎn)生電路185和偏置系數(shù)存儲器189實現(xiàn)為FPA100的一部分。
[0030]圖2A和2B分別示出了根據(jù)本實用新型的幾個實施例的列多路復(fù)用器120和行多路復(fù)用器160的示意圖。列多路復(fù)用器120和行多路復(fù)用器160每個都包括分別構(gòu)造為列移位寄存器和行移位寄存器的一系列D觸發(fā)器212和232。列和行AND門214和234的輸入端連接至各個列和行D觸發(fā)器212和232。每個列AND門214的輸出端連接至相應(yīng)的列使能線121，并且每個行AND門234的輸出端連接至相應(yīng)的行使能線161。
[0031]在圖2A中，D觸發(fā)器212的第一個的D端接收行同步信號216，在幾個實施例中，行同步信號216可包含在定時信號186中，或者由圖1A的控制偏置和定時電路170提供。D觸發(fā)器212的第一個的D反相端通過反相器210接收行同步信號216。在一個實施例中，行同步信號216提供脈沖，以指示對應(yīng)于新行(例如，線)的偏置系數(shù)的數(shù)據(jù)值正在由數(shù)據(jù)輸入信號182提供。
[0032]D觸發(fā)器212的時鐘輸入端接收時鐘信號217，在幾個實施例中，時鐘信號217可以包含在定時信號186中，或者由圖1A的控制偏置和定時電路170提供。應(yīng)意識到，行同步信號216可以通過由D觸發(fā)器212提供的列移位寄存器提供為信號213 (I)至213 (4)，這些信號可以提供到AND門214，以提供列使能線121上的列使能信號，選擇性地操作采樣和保持電路122的開關(guān)，以采樣由數(shù)據(jù)輸入信號182提供的數(shù)據(jù)值。
[0033]在圖2B中，D觸發(fā)器232的第一個的D端接收幀同步信號218，在幾個實施例中，幀同步信號218可以包含在定時信號186中，或者由圖1A的控制偏置和定時電路170提供。D觸發(fā)器232的第一個的D反相端通過反相器230接收幀同步信號218。在一個實施例中，幀同步信號218提供脈沖，以指示對應(yīng)新一幀的偏置系數(shù)的數(shù)據(jù)值(例如，F(xiàn)PAllO的所有行和列的完整集合)正由數(shù)據(jù)輸入信號182提供。
[0034]D觸發(fā)器232的時鐘輸入端接收行同步信號216。應(yīng)意識到，行同步信號216可以由D觸發(fā)器232提供的行移位寄存器提供為信號233 (I)至233 (4)，這些信號可以提供到AND門234，以提供行使能線162上的行使能信號。
[0035]響應(yīng)于圖2A和2B中識別的各種信號，列多路復(fù)用器120和行多路復(fù)用器160可以用來將偏置電壓加載到單元112中。例如，在一個實施例中，響應(yīng)于列使能線121上提供的列使能信號，與一行單元112相關(guān)的偏置電壓可以被采樣和保持電路122采樣，然后響應(yīng)于在行使能線162上提供的行使能信號而加載到期望行的單元中。隨后，與下一行單元112相關(guān)的下一組偏置電壓可以由采樣和保持電路122采樣，然后加載到下一行單元112中。這個過程可以持續(xù)直到偏置電壓被提供到所有單元112中，以完成了整個幀。
[0036]圖3A示出了根據(jù)本實用新型的實施例的FPA100的列定時操作的詳細(xì)計時圖。具體地，圖3A示出了用于列多路復(fù)用器120和采樣和保持電路122的定時的細(xì)節(jié)。
[0037]時鐘信號217提供重復(fù)的脈沖，其基本同時施加到列多路復(fù)用器120的D觸發(fā)器212的CLK端。在行的開始，行同步信號216向列多路復(fù)用器120的D觸發(fā)器212的第一個的D端和反相器210提供脈沖。如圖3A所示，響應(yīng)于時鐘信號217的脈沖，脈沖可以由D觸發(fā)器212提供的列移位寄存器提供為信號213 (I)至213 (4)。如所討論的，信號213(I)至213 (4)可以提供到AND門214，以提供列使能線121上的列使能信號，從而選擇性操作采樣和保持電路122的開關(guān)，以采樣數(shù)據(jù)輸入信號182提供的數(shù)據(jù)值。在圖3A所示的實施例中，對于時鐘信號217的每個上升沿和下降沿，數(shù)據(jù)值由數(shù)據(jù)輸入信號182提供。
[0038]在一個實施例中，響應(yīng)于提供到列使能線121的信號，從DAC180接收的數(shù)據(jù)值(例如，模擬電壓)可以被不同的列采樣。例如，通過具體的列使能線121 (1)、121 (2)和/或121 (3)的操作，以閉合采樣和保持電路122的特定開關(guān)，同時保持采樣和保持電路122的其它開關(guān)打開，可以采樣特定數(shù)據(jù)值。[0039]圖3B示出了根據(jù)本實用新型的實施例的FPA100的幀定時的操作的詳細(xì)計時圖。具體地，圖3B示出了先前在這里描述的數(shù)據(jù)輸入信號182、行同步信號216、時鐘信號217和幀同步信號218。在圖3B所示的實施例中，針對時鐘信號217的每個上升沿，數(shù)據(jù)值由數(shù)據(jù)輸入信號182提供。
[0040]另外，圖3B示出了采樣和保持(S/Η)加載信號310、行加載信號312和幀加載信號314。在一個實施例中，S/Η加載信號310可以從控制偏置和定時電路170提供到列放大器130，以將單個數(shù)據(jù)值加載到列放大器130。在一個實施例中，行加載信號312可以從控制偏置和定時電路170提供到列放大器130和單元陣列110，以進(jìn)行行同步信號216觸發(fā)的行加載操作。在一個實施例中，幀加載信號314可以從控制偏置和定時電路170提供到列放大器130和單元陣列110，以進(jìn)行由幀同步信號218觸發(fā)的幀加載操作。
[0041]圖3C示出了根據(jù)本實用新型的實施例的FPA100的幀定時操作的另一詳細(xì)計時圖。具體地，圖3C示出了先前在這里描述的行同步信號216、時鐘信號217和幀同步信號218。另外，圖3C示出了對應(yīng)于數(shù)字偏置系數(shù)值的模擬值的模擬輸入信號316。在一個實施例中，如圖3C所示，可以提供32個模擬信號316，在其他實施例中，可以提供其他數(shù)目的模擬信號316。
[0042]圖3D示出了根據(jù)本實用新型的實施例的FPA100的ROIC操作的詳細(xì)計時圖。在圖3D的上部，行同步信號216、時鐘信號217、幀同步信號218和數(shù)據(jù)輸出信號192示出了對于幀的第一行以及幀代表性的隨后行的行、數(shù)據(jù)加載、幀和數(shù)據(jù)輸出定時，并且?guī)谝恍械臄?shù)據(jù)輸出定時。
[0043]在圖3D的下部，在新幀時間的開始附近以擴(kuò)大時標(biāo)示出了這些相同的定時信號。幀同步信號218在每個新幀開始時提供脈沖。當(dāng)從一行單元112讀出數(shù)據(jù)值時，行同步信號216提供脈沖。時鐘信號217提供重復(fù)的脈沖。在時鐘信號217的每半個周期上，由數(shù)據(jù)輸出信號192提供數(shù)據(jù)值。
[0044]在一個實施例中，每個單元112可以構(gòu)造為選擇性隔離其偏置電壓與單元112的其它部分，直到由主電路118執(zhí)行積分(例如，光檢測操作)。例如，每個單元112可以首先在電容器上存儲從連接的列輸入線132接收的偏置電壓，該電容器保持與主電路118的探測器斷開，同時其它偏置電壓裝載到其它單元112中。在積分期間之前，通過閉合單元的合適開關(guān)，所有單元112的電容器可以基本同時連接至一個或多個其它電容器和/或這些單元112的探測器。
[0045]在一個實施例中，在主電路118進(jìn)行積分和/或從單元112閱讀數(shù)據(jù)值時，可以執(zhí)行將偏置電壓加載到單元112中的過程。在這一點上，可以在主電路118中提供一個或多個另外的開關(guān)，以在執(zhí)行積分和/或數(shù)據(jù)讀出期間，允許偏置電壓被捕捉并被第一電容器保持。然后當(dāng)執(zhí)行下一積分和/或數(shù)據(jù)讀出時，偏置電壓可提供到與探測器連接的下一電容器，或者直接提供至該探測器。
[0046]單元112可以依據(jù)各種實施例來實現(xiàn)。例如，圖4示出了根據(jù)本實用新型的實施例的單元400，包括開關(guān)電容器410和420、開關(guān)440、探測器/接口電路450和開關(guān)114和116。在一個實施例中，電容器410/420、開關(guān)440和探測器/接口電路450可以用于實現(xiàn)主電路118。
[0047]如圖4所示，電容器410可通過開關(guān)114選擇性連接至一個列輸入線132。電容器410和420可通過開關(guān)440選擇性彼此平行連接。探測器和接口電路450可通過開關(guān)116選擇性連接至一個列輸出線134。
[0048]工作時，首先打開開關(guān)114和440。在一個實施例中，也首先打開開關(guān)116。在另一個實施例中，首先閉合開關(guān)116 (例如，以允許讀出由探測器和接口電路450探測的數(shù)據(jù)值)。
[0049]可以閉合開關(guān)114 (例如，響應(yīng)于行使能信號162中之一)以從列輸入線132中之一向電容器410提供偏置電壓。然后打開開關(guān)114,其使電容器410與列輸入線132隔離。電容器410保持偏置電壓并且可以通過開關(guān)440選擇性地連接至電容器420。
[0050]當(dāng)閉合開關(guān)440 (例如，響應(yīng)于幀同步信號218)時，電容器410和420彼此平行連接使得由電容器410保持的電荷(例如，與提供到電容器410的偏置電壓相關(guān))分布在電容器410和420上。由此，由電容器410和420的平行結(jié)構(gòu)保持的最終偏置電壓與通過列輸入線132提供的偏置電壓不同。在另一實施例中，可以打開開關(guān)440使得在積分期間偏置電壓僅由電容器420保持。電容器410和420可以相對彼此以任意希望的方式調(diào)整大小，以如所希望的那樣調(diào)整實際存儲的偏置電壓的大小。
[0051]由電容器410和/或420保持的偏置電壓可用于在探測器的積分期間使探測器/接口電路450的探測器偏置。探測器/接口電路450可以通過輸出開關(guān)116選擇性地連接至列輸出線134中之一(例如，響應(yīng)于行使能信號162中之一)，以提供響應(yīng)于從探測器/接口電路450的探測器接收的光感應(yīng)探測器信號所存儲的輸出電壓(例如，數(shù)據(jù)值)。
[0052]圖5示出了單元500的另一實施例。如所示的，單元500包括這里描述的其它單元的各種部件。另外，單元500包括探測器/接口電路550的實現(xiàn)，其包括探測器560 (例如，在一個實施例中為雪崩光電二極管)、晶體管564、電容器566、開關(guān)568和緩沖器570。
[0053]探測器562連接至參考電壓562和晶體管564。由電容器410和420保持的偏置電壓(例如，當(dāng)開關(guān)440閉合時)可用于使晶體管564偏置，以在積分期間響應(yīng)于入射在探測器560上的紅外光調(diào)節(jié)提供到電容器566 (例如，通過直接注入)的探測器信號。
[0054]在積分期間之后，可以打開開關(guān)440并且閉合開關(guān)116。由電容器566捕捉的輸出電壓(例如，存儲在輸出節(jié)點573)可通過緩沖器570 (例如，在一個實施例中實施為單位增益放大器)和開關(guān)116被讀出。在讀出了輸出電壓之后，切換開關(guān)568以清除由電容器566保持的輸出電壓。
[0055]圖6示出了單元600的另一實施例。如所示的，單元600包括這里描述的其它單元的各種部件。另外，單元600包括探測器/接口電路650的實現(xiàn)，其包括探測器660 (例如，在一個實施例中為雪崩光電二極管)、放大器672、電容器666、674和678、開關(guān)668、676和679、和緩沖器670。
[0056]電容器674跨接在放大器672的反相輸入端和輸出端，以根據(jù)電容跨阻抗放大器(CTIA)結(jié)構(gòu)提供反饋回路。探測器660連接至參考電壓662和放大器672的輸入。由電容器410和420保持的偏置電壓(例如，當(dāng)閉合開關(guān)440時)可提供給放大器672的非反相輸入端，以在積分期間響應(yīng)于入射在探測器660上的紅外光，調(diào)節(jié)提供給電容器678的放大器672的輸出。在積分期間，開關(guān)668、676和679可保持打開。結(jié)果，輸出電壓可累積在電容器678上(例如，存儲在輸出節(jié)點673)。
[0057]在積分期間之后，可以打開開關(guān)440并且閉合開關(guān)679。由電容器678捕捉的輸出電壓可以提供給電容器666，在此保持該輸出電壓以讀出(例如，存儲在另一輸出節(jié)點691)。然后可以打開開關(guān)679以使電容器666與探測器660和放大器672隔離。有利地，該布置允許單元600通過緩沖器670 (例如，在一個實施例中實施為單位增益放大器)和開關(guān)116讀出輸出電壓，同時單元600準(zhǔn)備在隨后的積分期間執(zhí)行下一次積分。
[0058]準(zhǔn)備下一次積分，可以閉合開關(guān)668和676以分別重置(例如，清零)電容器678和674。然后打開開關(guān)668和676并且可以執(zhí)行下一次積分(例如,利用由電容器410和420保持的偏置電壓)。在一個實施例中，可以在開關(guān)668打開之前打開開關(guān)676,以減少電容器674重置(例如閉合開關(guān)676)導(dǎo)致的可能的噪聲干擾集成在電容器678上。在這一點上，將意識到該實現(xiàn)能使單元600執(zhí)行有關(guān)的雙重采樣。
[0059]圖7示出了單元700的另一實施例。如所示的,單元700包括這里描述的其它單元的各種部件。另外，單元700包括探測器/接口電路750的實現(xiàn)，其包括探測器760 (例如，在一個實施例中為雪崩光電二極管)、緩沖器770和772和開關(guān)774。
[0060]應(yīng)意識到，單元700包括僅單個電容器410。在這一點上，提供到電容器410的偏置電壓可以通過緩沖器772提供(例如，一個實施例中實現(xiàn)為單位增益放大器)并在開關(guān)774打開時保持在緩沖器772的輸出端771?？梢蚤]合開關(guān)774 (例如，響應(yīng)于幀同步信號218)以為輸出節(jié)點773提供偏置電壓。在一個實施例中，輸出節(jié)點773會顯示出寄生電容(例如由緩沖器770提供的)，其用作電容器以允許輸出節(jié)點773存儲該偏置電壓。在提供了單元700的陣列的一個實施例中，單元700的陣列的開關(guān)774可以基本同時閉合，以將偏置電壓基本同時(例如，在積分期間開始時)提供給單元700的陣列的輸出節(jié)點773。
[0061]在積分期間之前，可以打開開關(guān)774。結(jié)果，通過輸出節(jié)點773保持了提供到輸出節(jié)點773的偏置電壓。如所示的，探測器760連接至參考電壓762和輸出節(jié)點773。在積分期間，輸出節(jié)點773的輸出電壓可以響應(yīng)于探測器760提供的探測信號而變化。提供到輸出節(jié)點773的前一偏置電壓會起作用以偏移輸出節(jié)點773的輸出電壓。在積分期間之后，輸出節(jié)點773的輸出電壓可以通過緩沖器770 (例如，在一個實施例中實施為單位增益放大器)和開關(guān)116被讀出。
[0062]圖8示出了單元800的另一實施例。如所示的，單元800包括這里描述的其它單元的各種部件。另外，單元800包括探測器/接口電路850的實現(xiàn)，其包括探測器860 (例如，在一個實施例中為雪崩光電二極管)、緩沖器870和872、開關(guān)874、晶體管890、參考電壓892、電流源894和緩沖器870。
[0063]在單元800中，開關(guān)114、電容器410、緩沖器872、開關(guān)874和探測器860可以與關(guān)于單元700描述的組成類似的方式實現(xiàn)并工作。具體地，探測器860連接至參考電壓862和中間節(jié)點891。在積分期間，中間節(jié)點891的電壓可以響應(yīng)于探測器860提供的探測器信號而變化。提供到中間節(jié)點891的前一偏置電壓工作以偏移中間節(jié)點891的電壓，并由此校準(zhǔn)提供到晶體管890的電壓。在一個實施例中，中間節(jié)點891會顯示出寄生電容(例如由晶體管890提供的)，其用作電容器以允許中間節(jié)點891存儲該偏置電壓。
[0064]如圖8所示，晶體管800連接至參考電壓892并且還在輸出節(jié)點873處以源極跟隨器結(jié)構(gòu)連接至電流源894和緩沖器870。因此，在積分期間，輸出節(jié)點873的輸出電壓可以響應(yīng)于提供到晶體管890的電壓而改變。積分期間之后，輸出節(jié)點873的輸出電壓可以通過緩沖器870 (例如，在一個實施例中實施為單位增益放大器)和開關(guān)116被讀出。[0065]上面描述的實施例示出了本實用新型，但并不限于本實用新型。還應(yīng)當(dāng)明白，依照本實用新型的原理是可以進(jìn)行各種修改和變化的。因此，本實用新型的范圍僅由所附權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種焦平面陣列的單元，其特征在于，該單元包括: 探測器，包括雪崩光電二極管，適于響應(yīng)于由探測器接收的紅外光，提供探測器信號；第一電容器，適于存儲偏置電壓，同時另外的偏置電壓被加載到焦平面陣列的其它單元中； 第一開關(guān)，適于將第一電容器連接至輸入線，以從輸入線向第一電容器提供偏置電壓，并在提供偏置電壓之后從輸入線斷開第一電容； 第二電容器，適于在焦平面陣列的至少一個積分期間存儲偏置電壓； 第二開關(guān)，適于在所述至少一個積分期間之前從第一電容器向第二電容器提供偏置電壓，以在所述至少一個積分期間通過偏置電壓來偏置探測器；和 輸出節(jié)點，適于存儲響應(yīng)于探測器信號和由第二電容器存儲的偏置電壓而改變的輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，第二開關(guān)適于與從其它單元的第一電容器向其它單元的第二電容器提供偏置電壓的其它單元的其它第二開關(guān)基本同時操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，第二電容器適于在焦平面陣列的多個積分期間存儲偏置電壓，而不要求偏置電壓在所述多個積分期間從輸入線提供給該單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，第二電容器是在輸出節(jié)點上展現(xiàn)的寄生電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，進(jìn)一步包括: 晶體管，其連接至探測器和第二電容器，并且適于將探測器信號提供給輸出節(jié)點； 第三電容器，其連接至晶體管和輸出節(jié)點，以存儲輸出電壓；和 第三開關(guān)，其連接至第三電容器并適于用來復(fù)位第三電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，進(jìn)一步包括: 放大器，其包括連接至探測器的第一輸入端和連接至第二電容器的第二輸入端；和第三電容器，其連接在放大器的輸出端和輸出節(jié)點之間，以在所述至少一個積分期間存儲輸出電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的單元，其特征在于，進(jìn)一步包括: 第四電容器，其適于在隨后的積分期間接收來自第三電容器的輸出電壓并存儲該輸出電壓； 第三開關(guān)，其適于在隨后的積分期間之前將來自第三電容器的輸出電壓提供給第四電容器；和 第四開關(guān)，其連接至第三電容器并適于在隨后的積分期間之前復(fù)位第三電容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單元，其特征在于，進(jìn)一步包括: 第五電容器，其連接在放大器的第一輸入端和放大器的輸出端之間，以在所述至少一個積分期間提供反饋回路；和 第五開關(guān)，其連接至第五電容器并適于在隨后的積分期間之前和復(fù)位第三電容器之前復(fù)位第五電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，進(jìn)一步包括: 緩沖器，其在輸出節(jié)點連接至探測器；和 其中第二電容器是緩沖器的寄生電容。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，進(jìn)一步包括: 第一緩沖器，其連接在第一電容器和第二開關(guān)之間；晶體管，其連接至探測器；電流源，其在輸出節(jié)點上連接至晶體管；第二緩沖器，其連接在輸出節(jié)點和輸出開關(guān)之間；和其中第二電容器是晶體管的寄生電容。
11.一種包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦平面陣列的單元的紅外照相機(jī)。
【文檔編號】H04N5/357GK203708355SQ201190001032
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月23日
【發(fā)明者】J·T·烏拉韋, J·D·施萊斯曼 申請人:菲力爾系統(tǒng)公司