一種襯底溫度補償?shù)募t外焦平面陣列探測器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襯底溫度補償?shù)募t外焦平面陣列探測器讀出電路，包括像元電流偏置積分信號產(chǎn)生電路10、參考電壓產(chǎn)生電路20和流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器30。像元電流偏置積分信號產(chǎn)生電路10對第一參考微測輻射熱計恒流偏置獲得第一參考電壓并積分獲得積分輸出信號，參考電壓產(chǎn)生電路20基于第二參考微測輻射熱計生成第二參考電壓。本發(fā)明的實施例中的電路中，積分輸出信號和第二參考電壓與襯底溫度關(guān)系趨勢相同，因此流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器將二者求比例后即可消除襯底溫度的影響，從而在模數(shù)轉(zhuǎn)換的同時實現(xiàn)了襯底溫度補償。
【專利說明】一種襯底溫度補償?shù)募t外焦平面陣列探測器讀出電路
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及非制冷紅外焦平面陣列探測器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種帶襯底溫度補償?shù)募t外焦平面陣列探測器讀出電路。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004]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(jié)果與襯底溫度是相關(guān)的。在實際使用中，希望紅外探測的結(jié)果僅與探測目標(biāo)溫度相關(guān)，而與其它因素?zé)o關(guān)。
[0005]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(yīng)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(dǎo)致焦平面陣列極大的非均勻性和非線性等非理想效應(yīng)，從而影響讀出結(jié)果。
[0006]解決無TEC的非制冷紅外焦平面陣列探測器的非理想效應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，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(shè)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(zhì)量的圖像。同時，將模擬信號在芯片內(nèi)部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出也是一種保證圖像質(zhì)量的有效手段。
[0007]現(xiàn)有的具有模數(shù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)的讀出電路中，模數(shù)轉(zhuǎn)換與紅外探測本身沒有關(guān)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。
[0009]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的之一是提供一種具有襯底溫度補償功能的紅外焦平面陣列探測器讀出電路。
[0011]本發(fā)明公開的技術(shù)方案包括:
提供了一種襯底溫度補償?shù)募t外焦平面陣列探測器讀出電路，其特征在于，包括:像元電流偏置積分信號產(chǎn)生電路10,所述像兀電流偏置積分信號產(chǎn)生電路10包括第一電流偏置電路101、第二電流偏置電路102和積分電路103，所述第一電流偏置電路101對探測微測輻射熱計進行恒流偏置獲得探測電壓Vsce，所述第二電流偏置電路102對第一參考微測輻射熱計進行恒流偏置獲得第一參考電壓Vref，所述積分電路103根據(jù)所述探測電壓Vsce和所述第一參考電壓Vref進行積分產(chǎn)生積分輸出信號Vint ;參考電壓產(chǎn)生電路20，所述參考電壓產(chǎn)生電路20產(chǎn)生多個第二參考電壓；流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器30，所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器30根據(jù)所述多個第二參考電壓將所述積分輸出信號Vint轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
[0012]本發(fā)明的一個實施例中，所述第一電流偏置電路101包括第一恒流源1010和第一電壓跟隨器1011，其中:所述第一恒流源1010連接到所述探測微測輻射熱計Rs的一端；所述第一電壓跟隨器1011的輸入端連接到所述探測微測輻射熱計Rs的與所述第一恒流源1010連接的所述一端，所述第一電壓跟隨器1011的輸出端連接到所述積分電路103。
[0013]本發(fā)明的一個實施例中，所述第二電流偏置電路10包括第二恒流源1020和第二電壓跟隨器1021，其中:所述第二恒流源1020連接到所述第一參考微測輻射熱計Rb的一端；所述第二電壓跟隨器1021的輸入端連接到所述第一參考微測輻射熱計Rb的與所述第二恒流源1020連接的所述一端，所述第二電壓跟隨器1021的輸出端連接到所述積分電路103。
[0014]本發(fā)明的一個實施例中，所述參考電壓產(chǎn)生電路20包括第三恒流源201、多個第二參考微測輻射熱計202和多個第三電壓跟隨器203，其中:所述多個第二參考微測輻射熱計202相互串聯(lián)；所述第三恒流源201與所述多個第二參考微測輻射熱計202串聯(lián)；所述多個第三電壓跟隨器203中的每個第三電壓跟隨器的輸入端連接到所述多個第二參考微測輻射熱計202中的一個第二參考微測輻射熱計的一端、輸出端連接到所述參考電壓產(chǎn)生電路20的一個參考電壓輸出端并輸出一個所述第二參考電壓。
[0015]本發(fā)明的一個實施例中，所述第一參考微測輻射熱計不受入射的紅外輻射影響。
[0016]本發(fā)明的一個實施例中，所述第一參考微測輻射熱計包括遮蔽罩，所述遮蔽罩阻擋入射的紅外輻射，使所述入射的紅外輻射不能入射到所述第一參考微測輻射熱計上。
[0017]本發(fā)明的一個實施例中，所述第二參考微測輻射熱計不受入射的紅外輻射影響。
[0018]本發(fā)明的一個實施例中，所述第二參考微測輻射熱計包括遮蔽罩，所述遮蔽罩阻擋入射的紅外輻射，使所述入射的紅外輻射不能入射到所述第二參考微測輻射熱計上。
[0019]本發(fā)明的實施例中的電路中，積分輸出信號和第二參考電壓與襯底溫度關(guān)系趨勢相同，因此流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器將二者求比例后即可消除襯底溫度的影響，從而在模數(shù)轉(zhuǎn)換的同時實現(xiàn)了襯底溫度補償。
[0020]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明一個實施例的襯底溫度補償?shù)募t外焦平面陣列探測器讀出電路的結(jié)構(gòu)框圖示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明一個實施例的像元電流偏置積分信號產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明一個實施例的參考電壓產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4是本發(fā)明一個實施例的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入輸出轉(zhuǎn)移曲線的示意圖。
[0025]

【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例的襯底溫度補償?shù)募t外焦平面陣列探測器讀出電路的具體結(jié)構(gòu)。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的一個實施例中，一種襯底溫度補償?shù)募t外焦平面陣列探測器讀出電路包括像元電流偏置積分信號產(chǎn)生電路10、參考電壓產(chǎn)生電路20和流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器30。
[0028]如圖2所示，本發(fā)明的一個實施例中，像元電流偏置積分信號產(chǎn)生電路10包括第一電流偏置電路101、第二電流偏置電路102和積分電路103。
[0029]本發(fā)明的實施例中，第一電流偏置電路101對探測微測輻射熱計(其等效電阻值表示為Rs，本文中也用Rs表示該探測微測輻射熱計)進行恒流偏置獲得探測電壓Vsce。
[0030]如圖2所不，本發(fā)明的一個實施例中，第一電流偏置電路101包括第一恒流源1010和第一電壓跟隨器1011。第一恒流源1010連接到探測微測輻射熱計Rs的一端。第一電壓跟隨器1011的輸入端連接到該探測微測輻射熱計Rs的與第一恒流源1010連接的一端，第一電壓跟隨器1011的輸出端連接到積分電路103。該第一電壓跟隨器1011的輸出端輸出前述的探測電壓Vsce。
[0031]第二電流偏置電路102對第一參考微測輻射熱計(其等效電阻值表示為Rb，本文中也用Rb表示該第一參考微測輻射熱計)進行恒流偏置獲得第一參考電壓Vref。
[0032]如圖2所示，第二電流偏置電路10包括第二恒流源1020和第二電壓跟隨器1021。第二恒流源1020連接到第一參考微測輻射熱計Rb的一端。第二電壓跟隨器1021的輸入端連接到該第一參考微測輻射熱計Rb的與第二恒流源1020連接的一端，第二電壓跟隨器1021的輸出端連接到積分電路103。該第二電壓跟隨器1021的輸出端輸出前述的第一參考電壓Vref。
[0033]積分電路103根據(jù)探測電壓Vsce和第一參考電壓Vref進行積分產(chǎn)生積分輸出信號 Vint0
[0034]本發(fā)明的實施例中，第一恒流源提供的偏置電流Iref對探測微測輻射熱計單元恒流偏置，工作時，紅外輻射被探測微測輻射熱計單元所獲取，使探測微測輻射熱計單元的溫度發(fā)生變化，引起探測微測福射熱計單元的等效電阻值Rs變化，由于電壓Vs=IrefXRs,因此改變電壓Vsce。此外，當(dāng)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等效電阻值Rs也會發(fā)生變化,從而導(dǎo)致Vsce變化。
[0035]同時，第一參考微測輻射熱計單元也是由恒流源提供的偏置電流Iref進行偏置，但該第一參考微測輻射熱計單元不受入射的紅外輻射影響。例如，一個實施例中，第一參考微測輻射熱計單元可以包括遮蔽罩，工作時，該遮蔽罩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上。
[0036]本發(fā)明一個實施例中，除了該遮蔽罩之外，參考微測輻射熱計單元的其它結(jié)構(gòu)可以與前述的探測微測輻射熱計單元相同。
[0037]工作時，第一參考微測輻射熱計不對入射的紅外輻射產(chǎn)生響應(yīng)，但是其等效電阻Rb會受到紅外焦平面陣列的襯底溫度的影響，由于電壓Vref=IrefXRb,因此會改變電壓Vref0
[0038]積分電路103以第一參考電壓Vref為初值，按照第一參考電壓Vref和探測電壓Vsce的差值進行積分,產(chǎn)生積分輸出信號Vint。
[0039]本發(fā)明的實施例中，參考電壓產(chǎn)生電路20產(chǎn)生多個第二參考電壓。
[0040]如圖3所示，本發(fā)明的一個實施例中，參考電壓產(chǎn)生電路20可以包括第三恒流源201、多個第二參考微測輻射熱計202和多個第三電壓跟隨器203。該多個第二參考微測輻射熱計202相互串聯(lián)，并且第三恒流源201與該多個第二參考微測輻射熱計202串聯(lián)。
[0041]該多個第三電壓跟隨器203中的每個第三電壓跟隨器的輸入端連接到多個第二參考微測輻射熱計202中的一個第二參考微測輻射熱計的一端、輸出端連接到參考電壓產(chǎn)生電路20的一個參考電壓輸出端,從而輸出一個第二參考電壓。
[0042]例如，圖3的實施例中，以1.5比特子級結(jié)構(gòu)為例進行說明，第三恒流源201提供的偏置電流0.2Iref對10個串聯(lián)的第二參考微測輻射熱計Rbl、Rb2、…、RblO進行偏置。該10個第二參考微測輻射熱計的等效電阻與襯底溫度有關(guān)。此外，它們可以處在同一襯底下，因此此時，該10個第二參考微測輻射熱計的等效電阻值可以相等，且均等于第一參考微測福射熱計的等效電阻Rb,即Rbl=Rb2=…=RblO= Rb。
[0043]由于Vref=Iref X Rb，于是A點電壓為0.2 Vref，B點電壓為0.8Vref，C點電壓為1.2Vref，D點電壓為1.SVref。這四個電壓通過運算放大器輸出。輸出的四個參考電壓和像元電流偏置的積分信號產(chǎn)生電路輸出的積分信號隨襯底溫度變化的趨勢是一致的。
[0044]本發(fā)明的實施例中，前述的第二參考微測輻射熱計單元也不受入射的紅外輻射影響。例如，一個實施例中，第二參考微測輻射熱計單元可以包括遮蔽罩，工作時，該遮蔽罩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單元上。
[0045]本發(fā)明的實施例中，前述的第一恒流源、第二恒流源和/或第三恒流源可以分別是單獨的、分離的恒流源，也可以是至少部分直接或者間接來源于相同的恒流源。
[0046]本發(fā)明的實施例中，流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器30可以根據(jù)前述的多個第二參考電壓而將積分輸出信號Vint轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并輸出。
[0047]例如,一個實施例中，由像兀電流偏置積分信號產(chǎn)生電路10產(chǎn)生的積分信號Vint和參考電壓產(chǎn)生電路20產(chǎn)生的四個第二參考電壓0.2Vref、0.8Vref、l.2Vref、l.8Vref輸入到流水線ADC30中進行處理。本發(fā)明的實施例中，利用積分信號Vint和第二參考電壓
0.2 Vref,0.8 Vref、l.2 Vref,1.8 Vref與襯底溫度的關(guān)系趨勢相同的特點，在模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程中即完成襯底溫度補償。因為本發(fā)明實施例中的流水線ADC的實質(zhì)是求Vint和第二參考電壓的比例，二者求比例后即可消除與襯底溫度相關(guān)的項，故其比例與襯底溫度無關(guān)。
[0048]圖4是本發(fā)明一個實施例的流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入輸出轉(zhuǎn)移曲線。該曲線顯示了流水線ADC的子級單元將輸入信號和實施例的參考電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生的四個參考電壓進行處理的關(guān)系。
[0049]本發(fā)明的實施例中的電路中，積分輸出信號和第二參考電壓與襯底溫度關(guān)系趨勢相同，因此流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器將二者求比例后即可消除襯底溫度的影響，從而在模數(shù)轉(zhuǎn)換的同時實現(xiàn)了襯底溫度補償。
[0050]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(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)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(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。此外，以上多處所述的“一個實施例”表示不同的實施例，當(dāng)然也可以將其全部或部分結(jié)合在一個實施例中。
【權(quán)利要求】
1.一種襯底溫度補償?shù)募t外焦平面陣列探測器讀出電路，其特征在于，包括: 像元電流偏置積分信號產(chǎn)生電路(10)，所述像元電流偏置積分信號產(chǎn)生電路(10)包括第一電流偏置電路(101)、第二電流偏置電路(102)和積分電路(103),所述第一電流偏置電路(101)對探測微測輻射熱計進行恒流偏置獲得探測電壓(Vsce )，所述第二電流偏置電路(102)對第一參考微測輻射熱計進行恒流偏置獲得第一參考電壓(Vref)，所述積分電路(103)根據(jù)所述探測電壓(Vsce)和所述第一參考電壓(Vref)進行積分產(chǎn)生積分輸出信號(Vint)； 參考電壓產(chǎn)生電路(20)，所述參考電壓產(chǎn)生電路(20)產(chǎn)生多個第二參考電壓； 流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器(30)，所述流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器(30)根據(jù)所述多個第二參考電壓將所述積分輸出信號(Vint)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于:所述第一電流偏置電路(101)包括第一恒流源(1010)和第一電壓跟隨器(1011)，其中: 所述第一恒流源(1010)連接到所述探測微測輻射熱計(Rs)的一端； 所述第一電壓跟隨器(1011)的輸入端連接到所述探測微測輻射熱計(Rs)的與所述第一恒流源(1010)連接的所述一端，所述第一電壓跟隨器(1011)的輸出端連接到所述積分電路(103)。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的電路，其特征在于:所述第二電流偏置電路(10)包括第二恒流源(1020)和第二電壓跟隨器(1021)，其中: 所述第二恒流源(1020)連接到所述第一參考微測輻射熱計(Rb)的一端； 所述第二電壓跟隨器(1021)的輸入端連接到所述第一參考微測輻射熱計(Rb)的與所述第二恒流源(1020)連接的所述一端，所述第二電壓跟隨器(1021)的輸出端連接到所述積分電路(103)。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的電路，其特征在于:所述參考電壓產(chǎn)生電路(20)包括第三恒流源(201)、多個第二參考微測輻射熱計(202)和多個第三電壓跟隨器(203)，其中: 所述多個第二參考微測輻射熱計(202)相互串聯(lián)； 所述第三恒流源(201)與所述多個第二參考微測輻射熱計(202)串聯(lián)； 所述多個第三電壓跟隨器(203)中的每個第三電壓跟隨器的輸入端連接到所述多個第二參考微測輻射熱計(202)中的一個第二參考微測輻射熱計的一端、輸出端連接到所述參考電壓產(chǎn)生電路(20 )的一個參考電壓輸出端并輸出一個所述第二參考電壓。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項所述的電路，其特征在于:所述第一參考微測輻射熱計不受入射的紅外輻射影響。
6.如權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于:所述第一參考微測輻射熱計包括遮蔽罩，所述遮蔽罩阻擋入射的紅外輻射，使所述入射的紅外輻射不能入射到所述第一參考微測輻射熱計上。
7.如權(quán)利要求4中所述的電路，其特征在于:所述第二參考微測輻射熱計不受入射的紅外輻射影響。
8.如權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于:所述第二參考微測輻射熱計包括遮蔽罩，所述遮蔽罩阻擋入射的紅外輻射，使所述入射的紅外輻射不能入射到所述第二參考微測輻射 熱計上。
【文檔編號】G01J5/24GK104266767SQ201410485201
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】呂堅, 闕隆成, 張壤勻, 牛潤梅, 周云 申請人:電子科技大學(xué)