[发明专利]具有多路输出功能的红外焦平面读出电路及其读出方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术及微电子技术领域，具体涉及一种具有多路输出功能的红外焦平面读出电路及其读出方法。

背景技术

目前红外成像技术已经广泛地应用于军事、工业、农业、医疗和科学研究等各个领域。红外焦平面阵列(IRFPA，Infrared FocalPlane Array)是红外成像系统的核心部件，一般由红外探测器阵列和读出电路(ROIC，Readout Integrated Circuit)两部分组成。红外探测器的作用是将红外辐射转换成电信号；读出电路的作用则完成像素信号的处理和读出，是红外探测器电信号到热像仪的重要传输中介，起着承上启下的作用，因此红外读出电路的性能直接影响IRFPA成像系统的性能。

随着技术的不断进步和成熟，ROIC的阵列规模也越来越大。近年来，其像素规模已从640×480扩展到2048×2048。阵列规模的扩大意味着输出一帧图像需要更多的像素信号。此外，不同的应用场合对输出帧速的要求也不同。例如：普通的民用场合，如小区监控，帧速达到十几、二十几帧每秒就可以满足需求；而在军事应用场合，比如红外制导，读出电路帧速需要达到几十甚至上百帧每秒。越来越大的阵列规模和更高的帧速要求对像素读出速率提出了更大的挑战。

目前研制的读出电路大多不具备多路输出功能，也就不具备调整读出帧速的功能。有的读出电路通过采用开窗口的方式来提高窗口部分图像的帧率，但是对整个视场而言，这种方法不能提高完整图像的帧速率，不适于应用在既要保证高速率又要保证信息完整度的场合。

因此，亟需研制一种新的读出电路。采用这种电路，不但可以按正常速率输出完整图像，还可以通过多路输出的选择来调整完整图像的读出速率，获得更高的帧速。

发明内容

本发明的目的在于提供一种红外焦平面读出电路，该读出电路具有多路输出功能，通过输出模式的选择可以实现读出速率的调整。

为此，本发明提供了一种读出电路，用于以不同的速率读出N行M列的红外焦平面阵列的信号，所述读出电路包括：行选择信号产生电路，用于产生N个行选信号ROW；列选择信号产生电路，用于产生M个列选信号COL；多路输出逻辑控制电路，用于载入所述读出电路外的主时钟信号和复位信号并产生相应的控制逻辑，实现不同的多路输出的输出模式选择；以及四个输出缓冲级，用于信号的缓冲输出。

其中，所述读出电路以一帧为工作周期重复，在所述工作周期内，所述多路输出逻辑控制电路控制所述行选择信号产生电路生成顺序有效的N个行选信号，在一个行周期内只有一个行选信号有效；然后在任意一个有效的行周期内，所述多路输出逻辑控制电路控制所述列选择信号产生电路依据所述多路输出逻辑控制电路产生的控制逻辑生成M个列选信号，在一个列周期内，同时能有一个或多个列选信号有效，分别对应不同的输出模式。

在单路输出模式下，一个列周期内仅有一个列选信号有效以仅读出一列，读出的信号仅通过一个输出缓冲级输出。

在双路输出模式下，一个列周期内仅有两个列选信号有效以仅读出两列，该两列间距为M/2，读出的信号通过两个输出缓冲级输出。

在四路输出模式下，一个列周期内仅有四个列选信号有效以仅读出四列，该四列之间相互间距为M/4，读出的信号通过四个输出缓冲级输出。

本发明还提供了一种方法，用于以不同的速率读出N行M列的红外焦平面阵列的信号，包括：行选择信号产生电路在多路输出逻辑控制电路控制下依据主时钟信号和复位信号产生顺序有效的N个行选信号；列选择信号产生电路在任意一个所述行选信号有效的行周期内，产生M个列选信号；其中，在任意一个所述列选信号有效的列周期内，同时能有一个或多个列选信号有效，分别对应不同的输出模式；依据有效的行选信号和列选信号通过输出缓冲级依次输出红外焦平面阵列的信号。

在单路输出模式下，一个列周期内仅有一个列选信号有效以仅读出一列，读出的信号仅通过一个输出缓冲级输出。

在双路输出模式下，一个列周期内仅有两个列选信号有效以仅读出两列，该两列间距为M/2，读出的信号通过两个输出缓冲级输出。

在四路输出模式下，一个列周期内仅有四个列选信号有效以仅读出四列，该四列之间相互间距为M/4，读出的信号通过四个输出缓冲级输出。

本发明的红外焦平面读出电路具有多路输出功能，不同输出模式对应不同读出速率。正常情况下，单路输出模式读出速率为每秒30帧，四路输出模式的读出速率可以达到每秒120帧，能满足不同场合的应用需求。