[发明专利]一种具有数字输出的红外焦平面读出集成电路

说明书

技术领域

本发明涉及红外焦平面读出集成电路，具体指一种具有数字型输出接口的读出集成电路(Readout Integrated Circuit-ROIC)，它用于红外焦平面阵列(Infrared Focus Plane Array-IRFPA)中，可以将红外探测器的光响应转换成电信号并以数字形式输出。

背景技术

红外焦平面是红外系统中的核心器件。红外焦平面阵列一般由两部分组成：红外探测器阵列和读出电路。红外探测器在接收到入射的红外辐射后，产生一个与入射红外辐射性能相关的光电流，传输给对应的读出电路单元。读出电路将对这些电信号进行积分放大、采样保持，再通过输出缓冲和多路传输系统读出，由后端电子学系统形成图像。

现有的用于可见光波段具有数字输出的读出电路多采用传统的读出形式和一个片共享的模数转换器结构，依然需要很多模拟放大器和一个高速的模数转换器，因此具有较高的功耗并不适合红外焦平面读出电路的应用。

现有的用于红外焦平面读出电路的行共享的结构模数转换器多采用传统的低速的多斜率型结构，这种结构具有相对较低的功耗和较高的分辨率，但依然不能有效地利用其中的单元模块，难以在不影响性能的条件下进一步降低其功耗。受制于低功耗要求简单的依次读出的模式需要较多的输出引脚，并且各模块依次工作的调度方式具有较长的读出周期，在功耗受限的条件下很难提高读出速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字输出的红外焦平面读出集成电路，具有改进结构的双斜率型模数转换器，采用单片共享与行共享结合的结构以及与之对应的读出方式，解决现有行共享模数转换器结构的焦平面功耗难以降低和读出速度难以提高的问题，进一步扩展了其温度应用范围和读出速度。

本发明的目的是通过下述技术途径实现的：

本发明公开了一种具有数字型输出接口的红外焦平面读出集成电路，采用CMOS工艺，在EDA(Electronic Design Automation电子设计自动化)设计平台中搭建电路，主要实现对探测器信号的积分，采样，量化和输出其中：

1)模数转换器是基于双斜率模数转换器的改进结构，其结构如图2所示，主要由基准源、比较器、计数器、锁存器和控制逻辑构成。其中基准源用来提供模数转换所需的基准电流源，比较器用于比较输入电压和基准电压，计数器用以对时间的计量，锁存器锁存计数器的计数结果。其中比较器和锁存器是每个模数转换器的独有模块，而基准源和计数器等模块是整个芯片共享的。

2)模数转换电路的工作原理如下：

在单元读出电路积分完成后，列选开关依次打开，将积分电压通过行总线采样到由开关S₁，电容C₁组成采样保持电路。采样过程完成后，控制逻辑控制开始启动高位转换，将计数器清零，闭合开关S₂、S₄，断开开关S₃、S₅，电流源I_ref1开始对电容C₁放电，同时开启高位计数器计时，利用基准电流源和电容产生斜坡电压，电容两端电压可表示成如下所示：

V(t)=QC=(Q0-I*t)C---(1)]]>