[发明专利]具有自稳零电路的二极管红外探测器读出电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电路结构，尤其是一种具有自稳零点路的二极管红外探测器读出电路，属于微电子的技术领域。

背景技术

红外探测技术在军事、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。红外探测芯片是红外探测技术中获取红外信号的核心部件。该部件由红外探测器和读出电路（ROIC：readout integrated circuits）组成。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。读出电路是红外探测器与后续的模数转换器（ADC：analog to digital convertor）的接口电路，它的性能好坏直接影响整个读出电路的性能。

随着应用范围的不断扩大，对红外探测系统性能的要求也越来越高。二极管红外探测器由于结构简单、面积小、灵敏度高，得到了极大的发展。为了获得良好的性能，二极管红外探测器通常由6～7个二级管串联组成。串联多个二级管可以获得良好的性能，但提高了导通电压，对读出电路的设计提出了更高的要求。每个硅二极管的导通压降为0.7V，6个串联二级管的导通压降为4.2V，对于电源电压为3.3V或5V的CMOS读出电路来说，必须采用隔直电路进行处理。然而隔直电路既限制了读出电路的带宽，又因为使用无源电容和电阻而大大增大了读出电路的面积。

为了减小用于二极管红外探测器读出电路的面积，日本的三菱公司提出了用栅调制电路读出电路以避免隔直电路的使用，如图1所示（Masafumi Kimata et al.,“SOI diode uncooled infrared plane arrays”,Quantum sensing and Nanophotonic Devices III,Proc.of SPIE Vol.6127,61270X,2006）。该栅调制电路由传感器直流偏置电路110、栅调制MOS管120、积分电容130及MOS开关140通过导线连接组成。该结构的电路形式简单，易于大规模阵列的集成。但其存在直流偏置过大，使得积分电容容易饱和，动态范围受限等问题。

采用隔直电路的二极管红外探测器读出电路带宽受到限制，且面积大。三菱公司的栅调制电路虽然克服了带宽和面积的问题，但存在积分电容易饱和，动态范围受限的问题。无论是采用隔直电路的传统读出电路，还是三菱公司的栅调制电路，都没有消除电路低频噪声的功能，这也限制了红外探测系统性能的进一步提升。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有自稳零点路的二极管红外探测器读出电路，其能有效克服二极管红外探测器导通压降大的问题，消除便宜电压及低频噪声，提高系统的集成度和信噪比，动态范围大，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述具有自稳零点路的二极管红外探测器读出电路，包括与二极管红外探测器的负端连接的晶体管，所述晶体管的漏极端与二极管红外探测器的负端连接，晶体管的源极端接地；所述晶体管的漏极端还与自稳零点路连接，所述自稳零点路包括主运算放大器及从运算放大器，所述主运算放大器的反相端与第一反馈电阻的一端及第二反馈电阻的一端连接，且主运算放大器的反相端与第一单刀双掷开关的Φ2端连接，第一反馈电阻的另一端与晶体管的漏极端连接，第二反馈电阻的另一端与主运算放大器的输出端连接；

主运算放大器的同相端与第一单刀双掷开关的Φ1端及从运算放大器的同相端连接，第一单刀双掷开关的单端与从运算放大器的反相端连接；从运算放大器的输出端与第二单刀双掷开关的单端连接，第二单刀双掷开关的Φ1端与从运放电容的第一端及从运算放大器的辅助输入端连接，从运放电容的第二端与主运放电容的第二端连接，主运放电容的第一端与第二单刀双掷开关的Φ2端及主运算放大器的辅助输入端连接。

所述从运放电容及主运放电容的第二端与第二降压稳压器的输出端连接，所述第二降压稳压器的输入端与二极管红外探测器的正端连接。

所述主运算放大器的电源端及从运算放大器的电源端均与第一降压稳压器的输出端连接，所述第一降压稳压器的输入端与二极管红外探测器的正端连接。

所述二极管红外探测器包括六个串接的二极管。所述晶体管采用单个MOS管或共源共栅电路。

所述第一降压稳压器为低压差线性稳压器。所述第二降压稳压器为开关型线性稳压器。

所述从运放电容为多晶硅电容、金属电容、MOS电容或外接电容。所述主运放电容为多晶硅电容、金属电容、MOS电容或外接电容。

所述第一反馈电阻及第二反馈电阻为阱电阻、多晶电阻、金属电阻或外接电阻。