[发明专利]一种高背景应用的BDI型像素单元电路

说明书

技术领域

本发明涉及红外读出电路的核心-像素单元电路，特别涉及一种高背景应用的BDI(缓冲直接注入)型像素单元电路，属于微电子技术领域。

背景技术

红外成像技术是利用在热效应最显著的部位，将其转换成可见图像的技术，面阵型红外焦平面组件是红外成像技术中的关键组件，它是由红外探测器及红外读出电路两部分组成。读出电路工作时，像素阵列与探测器阵列一一对应，用于感应微弱的信号电流，并把它转换成电压信号，输出到下一级。像素单元是读出电路的核心单元单路，其设计要求在一定面积限制内选择适合不同探测器的最优电路结构并完成电路设计，读出电路中像素单元电路的性能直接关系到整个焦平面成像的性能。

缓冲直接注入(BDI)型像素单元具有注入效率高、保证探测器偏压稳定的特点，适合于对读出电路的性能要求高、能够容忍复杂的像元电路结构较大芯片面积和功耗的情况。传统的BDI型像素单元如图3所示，包括依次连接的输入放大器、注入管、积分/复位控制电路、采样开关电路和输出控制电路，像素单元中通常存在两个电容，积分电容C1和采样电容C2。由于像素单元尺寸的限制，使这两个电容做不到很大，将不利于像素单元在大背景电流下的使用；并且由于采样电容C2和积分电容C1间开关管M3的存在，将引入额外的KTC噪声。

发明内容

本发明的目的是为了解决像素单元电路在高背景电流下，由于像素单元尺寸的限制，积分电容容量不足的问题，提供一种高背景应用的BDI型素像素单元电路。

本发明采用的技术方案如下：一种高背景应用的BDI型像素单元电路，其特征在于，在现有包括依次连接的输入放大器、注入管、积分/复位控制电路、采样开关电路和输出控制电路的基础上，去除用于控制积分时间的采样开关电路，在注入管与积分/复位控制电路之间增设注入开关管，通过注入开关管来控制积分时间；其中：

输入放大器包括一个运算放大器，其正向输入端连接控制信号Vcom，负向输入端连接红外探测器的输出端；

注入管包括NMOS管M1，其栅极连接输入放大器中运算放大器的输出端，漏极连接输入放大器中运算放大器的正向输入端；

注入开关管包括NMOS管M2，其栅极连接数字信号Vint，漏极连接注入管M1的源极；

积分/复位控制电路包括NMOS管M3和积分电容C,NMOS管M3的栅极连接数字信号Vrst，NMOS管M3的漏极连接注入开关管M2的源极和积分电容C的一端，NMOS管M3的源极连接积分电容C的另一端并接地；

输出控制电路包括NMOS管M4，其漏极连接积分/复位控制电路中NMOS管M3的漏极，NMOS管M4的栅极连接数字信号Vrse，NMOS管M4的源极为像素单元电路的输出端。

本发明的优点及显著效果：本发明利用注入开关管控制积分时间，与现有技术采用采样开关电路来控制积分时间相比，由于采样开关电路中设有的采样电容C2和积分/复位控制电路中的积分电容C1同时存在，受限于像素单元的尺寸限制，使这两个电容做不到很大，将不利于像素单元在大背景电流下的使用。本发明电路中只有一个积分电容C，从而在有限的像素单元面积内能设计出大容量的积分电容，提高电荷存储能力。

附图说明

图1为本发明BDI型像素单元实施电路图；

图2为本发明电路工作过程的信号波形图；

图3为传统BDI型像素单元电路图。

具体实施方式

参看图1，本发明一种高背景应用的BDI型像素单元电路，包括输入放大器1、注入管2、注入开关管3、积分/复位控制电路4、输出控制电路5。与图3所示的传统的包括输入放大器1、注入管2、积分/复位控制电路3、采样开关电路4和输出控制电路5的基础上，去除了用于控制积分时间的采样开关电路4，在注入管与积分/复位控制电路之间增设注入开关管3，通过注入开关管来控制积分时间。

输入放大器1可以采用各种形式的双端输入单端输出的放大电路，例如差分运放、共源共栅结构等。本发明中，输入放大器1采用一个运放组成，注入管2含有N型MOS管M1，构成负反馈形式。注入开关管3含有N型MOS管M2，积分/复位控制电路4含有N型MOS管M3和积分电容C，输出控制电路5含有N型MOS管M4。注入管M1、注入开关管M2、复位开关管M3和输出控制开关管(行选择开关管)M4也可以采用不同类型的晶体管，如P型MOS管。