[发明专利]红外焦平面读出电路的单元电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外成像系统中的红外焦平面读出电路的单元电路，属于微电子及光电子技术领域。

背景技术

红外成像技术在军事、空间技术、医学以及国民经济相关领域正得到日益广泛的应用。红外焦平面阵列组件是红外成像技术中获取红外图像信号的核心光电器件。该组件由红外探测器和红外焦平面读出电路(ROIC：readout integratedcircuits)组成。随着红外焦平面阵列组件规模的不断扩大，作为其重要组成部分的红外焦平面读出电路既要满足高的工作性能，也要求有低的功耗。

ROIC电路的基本功能是进行红外探测器信号的转换、放大以及传输。常见的ROIC电路包括单元电路、列读出级和输出缓冲级、时序产生电路、行选择电路、列选择电路。单元电路是ROIC电路与红外探测器的接口电路，它的性能好坏直接影响整个读出电路的性能。

目前国内红外成像系统中的读出电路普遍采用直接注入结构(DI)或采用差分放大器的电容跨导放大器结构(CTIA)作为单元电路。

直接注入结构(DI)单元电路有功耗低、结构简单、占用单元面积小等优点。但在使用这种结构时，探测器的偏置电压随积分电压变化，降低了探测器偏压的一致性并增加探测器噪声。直接注入结构(DI)单元电路的注入效率较低而且会因探测器电流减小而降低。

采用差分放大器的电容跨导放大器结构(CTIA)单元电路具有探测器偏置恒定、注入效率高、噪声低、动态范围大、均匀性和线性度好等特点。但由于单元电路结构中采用了差分放大器，不仅使得单元内管子数目多(占用面积大)，而且单元电路需要很大的功耗。在焦平面阵列向大规模，小单元尺寸发展的情况下，它的这一缺点显得更加明显。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适合于大规模红外探测器阵列，功耗低，具有恒定的红外探测器偏置电压和高注入效率的ROIC电路的单元电路。

本发明的技术方案如下：

一种红外焦平面读出电路的单元电路，其特征在于所述单元电路包括：

积分电容选择单元，连接在第一节点和第三节点之间，通过选择单元电路积分电容的大小控制积分电压的输出大小；第一节点用于接收红外探测器的输出信号；

积分/复位控制单元，连接在第一节点和第三节点之间，控制单元电路工作在积分或复位状态，积分状态下单元电路对红外探测器的输出信号进行积分，复位状态下，单元电路复位积分电容；

输入放大器，连接在第四节点和第七节点之间，第四节点、第七节点分别与电源、地连接，采用单级放大器，在复位状态下通过第一节点和第三节点为红外探测器提供稳定的偏置电压；

采样保持单元，连接在第三节点和第七节点之间，用于采集积分电压并保持，通过第八节点输出积分电压到源跟随单元；

源跟随单元，通过第八节点接收采样保持单元的输出，通过第九节点与电源连接，通过第十一节点输出积分电压。

优选地：

所述积分电容选择单元包括第一积分电容、第二积分电容和第一开关管，第一积分电容的一极接第一节点，另一极接第三节点；第二积分电容的一极接第二节点，另一极接第三节点；第一开关管采用P型MOS管，其栅极接第一控制信号，源极接第一节点，漏极接节点第二节点。

所述积分/复位控制单元由第二开关管组成，第二开关管采用P型MOS管，第二开关管的栅极接第一时钟信号，源极接第一节点，漏极接第三节点。

所述输入放大器包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管，第三晶体管、第四晶体管是P型MOS管，第五晶体管第六晶体管是N型MOS管，第一晶体管的栅极接第一节点，源极接第三节点，漏极接第五节点；第二晶体管的栅极接第四偏置电压，源极接第五节点，漏极接第三节点；第三晶体管的栅极接第二偏置电压，源极接第六节点，漏极接第三节点；第四晶体管的栅极接第一偏置电压，源极接第七节点，漏极接第六节点。

所述采样保持单元包括采样保持开关管和采样保持电容，采样保持开关管采用P型MOS管，采样保持开关管的栅极接第二时钟信号，源极接第三节点，漏极接第八节点；采样保持电容的一极接第八节点，另一极接第七节点。

所述源跟随单元包括源跟随晶体管和行选择开关管，源跟随晶体管和行选择开关管采用N型MOS管，源跟随晶体管的栅极接第八节点，源极接第十节点，漏极接第九节点，；行选择开关管的栅极接第二时钟信号，源极接第十一节点，漏极接第十节点。