[发明专利]基于哈达码矩阵调制的信号处理电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外焦平面阵列读出电路的信号处理。特别是涉及一种能够将探测器阵列输出的并行模拟电压信号调制整合成单端串行模拟电压信号，供A/D进行数字化转换的基于哈达码矩阵调制的信号处理电路。 

背景技术

红外焦平面阵列由探测器阵列和读出电路组成。读出电路的作用是对红外探测器输出的微弱信号进行积分，放大、去噪和并/串转换后传输给A/D进行模拟信号数字化转换。读出电路的性能将直接影响红外焦平面的质量。随着红外焦平面阵列不断的增加，整个成像系统集成度不断的提高，对读出电路的性能和尺寸也有了更高的要求。目前读出电路的设计可以说已经成了红外焦平面技术进一步发展的瓶颈。 

红外焦平面阵列读出方式分为并行读出和串行读出两种方式。对于串行读出电路，外部时钟驱动的移位行寄存器和移位列寄存器控制的多路开关阵列对探测器阵列进行扫描，将探测器阵列输出的多路并行模拟信号转换成单端串出的模拟电压信号提供给A/D进行数字化转换。串行读出方式对探测器阵列读出信号的处理速度低。随着焦平面阵列的不断增大，探测元数量的不断增多，对多路选择器和A/D转换的速度要求也越来越高，从而引起了电路功耗和面积的增大以及实现上的困难。另外，对于串行读出方式，在CMOS工艺中还存在由MOS晶体管构成的大开关阵列造成的时钟溃通和沟道电荷注入引起的误差。对于并行读出电路A/D转换器可以对探测器阵列中探测元的输出信号进行点对点的处理，即每个探测元需要一个A/D，具体的实现为采用像素级A/D进行数字化转换。像素级A/D转换以后的数字信号传输可以大大降低噪声干扰，提高信号的处理速度，但是系统的面积和功耗将会很大，目前在高性能应用中很少采用。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够将探测器阵列输出的并行模拟电压信号调制整合成单端串行模拟电压信号，供A/D进行数字化转换，解决红外焦平面阵列日益增大、探测器阵列的探测元日益增多的情况下，采用扫描串行读出方式读出速度慢的问题，以及实现在不影响图像帧频的情况下降低对A/D处理电路工作速度的要求的基于哈达码矩阵调制的信号处理电路。 

本发明所采用的技术方案是：一种基于哈达码矩阵调制的信号处理电路，包括有探测器阵列和A/D转换器，在探测器阵列和A/D转换器之间还设置有依次连接的预放大器阵列、模拟乘法器阵列和多输入复合加法器，其中，探测器阵列的输出连接预放大器阵列的输入端，多输入复合加法器的输出连接A/D转换器的输入端，还设置有控制电路和编码器，所述的控制电路通过I²C总线接收外部的设定控制信号，并分别连接并控制编码器、A/D转换器和探测器阵列，所述的编码器还通过数据总线连接模拟乘法器阵列。

所述的探测器阵列设置有N个探测器，预放大器阵列设置有N个预放大器，模拟乘法器阵列设置有N个模拟乘法器，所述的N是2的幂，所述的探测器、预放大器和模拟乘法器为一一对应的依次连接。 

所述的多输入复合加法器包括有单运算放大器，所述的单运算放大器的反相输入端连接电阻网络或电容网络，同相输入端接地，输出端通过电阻连接反相输入端，输出端输出信号。 

所述的电阻网络或电容网络具有与模拟乘法器阵列中模拟乘法器个数相同的电阻或电容，所述的电阻或电容的输入端一一对应连接模拟乘法器阵列中模拟乘法器的输出端，所述的电阻或电容的输出端共同连接单运算放大器的反相输入端。 

所述的控制电路包括有：分别与I²C总线的串行时钟信号和I²C总线的串行数据信号相连接的I²C从机，所述的I²C从机分别连接探测器阵列曝光时间控制模块、A/D时序控制模块和编码单元控制模块。 

本发明的基于哈达码矩阵调制的信号处理电路，没有采用扫描机制，消除或减少了多路模拟开关阵列的使用。在读出电路中插入简单的单位增益缓冲器、反相器和由单个运算放大器及电阻或电容网络组成的多输入加法器就可以使探测器阵列输出的信号被整行(或列)，甚至全部并行同时读出。整个系统只需要一个A/D转换器。在消耗少量电路功耗和面积的情况下，提高了读出效率和对探测器阵列输出信号的处理速度。采用本方案所提出的读出电路设计方法，焦平面阵列的增大，探测元数量的增多将不会再对A/D的处理速度造成影响，A/D的速度只跟图像处理的帧频有关。另外，不使用或减少多路模拟开关阵列可以在一定程度上降低时钟溃通和沟道电荷注入所引入的误差。本发明还可用于其他类似于红外焦平面阵列的读出信号处理电路中。 

附图说明