[发明专利]一种弛豫铁电材料红外光传感器读出信号数字化模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器读出信号的数字化，具体涉及一种弛豫铁电材料红外光传感器读出信号的数字化模块。

背景技术

从20世纪70年代至今，世界各国争相发展红外探测技术，西方发达国家一直在积极进行研究，投入大量的人力、物力，相继研制和开发了非致冷红外焦平面列阵。其规模从单元探测器发展到多元、线列和面阵，目前已成为红外科学领域的研究前沿。我国科学家最新发现的以PMNT为代表的弛豫铁电单晶在热扩散系数、物化性能等方面具有优异的热释电综合性能，用其制成的传感器具有结构简单，功耗低等优点，具有非常诱人的广泛应用前景。目前，基于弛豫铁电单晶这种新型热释电材料红外光传感器和配套的读出电路芯片正在积极研究。同时随着数字集成电路技术的迅猛发展，带来了前所未有的高复杂信号的处理能力，将读出电路信号转化成数字信号，可以完成原来读出电路所不能完成的信号的存储、变换、去噪声和数字化传输等功能。所以人们希望把红外焦平面模拟信号转换为数字信号来处理。

我国科学家最新发现的弛豫铁电材料做成的红外光传感器具有很高的动态范围(约70dB)、功耗低的特点，本发明解决了这种弛豫铁电材料红外光传感器读出信号数字化问题，发挥出了这种新型材料的优点。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种弛豫铁电材料红外光传感器读出信号的数字化输出模块，将红外光传感器读出电路信号转化成数字信号。

上述目的通过下述的技术方案来实现：

包括将读出电路输出信号转化为数字信号的调制器电路模块；将调制器输出信号进行抽取、滤波的降采样数字抽取滤波器模块；产生两相不交叠时钟信号的时钟电路模块；为以上各模块提供电压基准和电流基准的基准源电路模块；上述模块集成在一集成电路芯片上，芯片主要功耗在数字抽取滤波器部分，采用大规模数字集成电路技术，芯片的静态功耗较小。

所述调制器电路模块调制器模块由PGA(可编程增益调整电路)电路、开关电容积分器电路、1bit DAC电路、比较器电路、由开关电容耦合实现的前馈通路、调制器输出级电路组成。

所述PGA(可编程增益调整电路)电路作为调制器模块的输入端。读出电路输出的模拟信号进入调制器模块后，首先进入PGA(可编程增益调整电路)进行1、2、8、16倍的可编程增益调整，从而扩大满幅度输入范围，使整个调制器不会因为输入信号过小而导致SNR的大幅度下降。

所述开关电容积分器电路包括MOS开关、电容和运算放大器。开关的控制时钟为两相不交叠时钟模块输出的两相不交叠时钟提供，用于消除时钟馈通效应。整个运放包括了三部分：偏置部分、OTA、共模反馈电路。

所述1bit DAC电路为调制器提供了反馈回路，将调制输出的数字信号转换为正负参考电平与输入信号叠加。主要由1bit DAC控制电路和参考电平反馈选择电路两部分组成。

所述比较器电路由三部分组成：差分输入级、锁存器和输出级。

所述前馈通路由开关电容耦合实现，开关电容作用为消除时钟馈通效应。

所述调制器输出级电路为RS触发器，锁存比较器的半周期输出。

所述降采样数字抽取滤波器由两级梳妆由两个梳妆抽取滤波器级联组成，抽取率M＝32，采用二进制补码输出。

所述产生两相不交叠时钟信号的时钟电路模块主要由一个带延迟的组合模块和RS触发器构成，其中，带延迟的组合模块由两个延迟电路单元通过交叉耦合得到，RS触发器由两个交叉耦合的与非门组成。将两相不交叠时钟产生模块的时钟输入信号，经反相器取反后，生成一对带交叠的两相时钟，送入RS触发器中，触发器将交叠部分都拉为低电平，消除交叠时间。得到的两相不交叠时钟信号，送入带延迟的组合模块，得到的信号反馈给RS触发器后，能够延长非交叠时间，减小时沟道电荷注入效应对开关电容的影响。

所述基准源电路模块采用普通的带隙基准结构实现，以兼容于目前通用的CMOS工艺，便于集成和大规模应用。

本发明将红外光传感器读出信号作为数字化单元的输入信号，进入PGA(可编程增益调整电路)模块调整增益，从而扩大满幅度输入范围，经过调制器输出1bit的数字信号，经过数字抽取滤波器将它转化成16bit的二进制补码输出。完成读出信号的数字化，便于完成原来读出电路所不能完成的信号的存储、变换、去噪声和数字化传输等功能。

附图说明

图1是红外光传感器读出信号数字化模块结构示意图。

图2是调制器电路模块的结构示意图。

图3是时钟电路模块结构示意图。

图4是时钟电路模块的电路结构图。