[发明专利]带有失调消除功能的红外焦平面读出电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外成像系统中的一种非制冷型红外焦平面读出电路，属于微弱信号检测技术领域。

背景技术

红外成像技术有着悠久的历史，在生活，医疗，军事及经济等相关领域发挥着不可替代的作用，而非制冷型红外焦平面阵列是新一代红外成像系统中的关键技术，它的出现为红外成像技术带来了低成本，长寿命，低功耗，高分辨率的优点。它由红外探测器阵列和读出电路阵列两部分组成。红外探测器阵列是将入射的红外辐射信号转换为电信号输出的器件，是红外热成像系统的最前端，也是最重要的核心部分。读出电路是将探测器感应到的信号进行处理显示，也是红外热成像系统的关键技术之一，其中CMOS读出电路是主流方向

读出电路（ROIC）的基本功能就是对生成的电荷进行积分，放大、采样保持和串/并转换等。电路结构包括自积分结构SI、源随器结构SFD、直接注入结构DI、缓冲直接注入结构BDI、电容跨导放大器结构CTIA、电阻反馈互导放大器结构RTIA、电流镜栅调制结构CM、电阻负载栅极调制结构RL、以及一些背景抑制电路结构等，但目前国内普遍采用CTIA结构。

电容反馈互导放大器型读出电路的优点：探测器的偏压因放大器的虚短特性而很稳定；由于米勒效应，积分电容可以很小，故能降低噪声；高灵敏度。缺点：复位管的复位脉冲产生的馈通效应会耦合到探测器上，从而影响了探测器的偏压和放大器的工作点；由于包含放大器，其功耗和面积都增加了，引入了KTC噪声。

发明内容

本发明的目的是减少焦平面读出电路中放大器失调电压及失调电流对精度的影响，同时提供一种适合大规模红外探测器阵列的红外焦平面读出电路，减少功耗及芯片面积。

按照本发明提供的技术方案，所述红外焦平面读出电路包括依次连接的：跨导放大器单元、跨导输出失调电流消除单元、积分放大单元、缓冲隔离单元、采样保持单元和缓冲输出级单元，所述积分放大单元还连接积分电容选择单元；

所述跨导放大器单元将二极管阵列输出的电压信号转换成电流信号，以供积分放大单元积分放大；

所述跨导输出失调电流消除单元包括串联的4个四个晶体管：PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4，通过控制这四个晶体管的栅极电压控制流过晶体管的灌电流或漏电流而消除跨导放大器单元输出的失调电流；

所述积分放大单元包括开关S1、开关S2、开关S3、电容Cs、运算放大器AMP1，开关S1一端接PMOS管M2漏极与NMOS管M3漏极的连接节点A4，开关S1另一端接运算放大器AMP1同相输入端以及基准电压Vref，节点A4经过电容Cs接运算放大器AMP1反相输入端，在运算放大器AMP1反相输入端和输出端之间接入开关S3，在运算放大器AMP1输出端和节点A4之间接入串联的开关S2和积分电容选择单元，运算放大器AMP1输出端连接到缓冲隔离单元的输入端；通过控制开关S1、S2和S3的导通或断开选择使积分放大单元处于复位状态或者积分状态；

所述采样保持单元包括开关S4、开关S5、开关S6、电容Cint、运算放大器AMP3，缓冲隔离单元输出端依次经过开关S4、电容Cint连接运算放大器AMP3反相输入端，运算放大器AMP3同相输入端接基准电压Vref，在运算放大器AMP3输出端和反相输入端之间接入开关S5，在开关S4和电容Cint的连接节点A10与运算放大器AMP3输出端之间接入开关S6，运算放大器AMP3输出端连接到缓冲输出级单元的输入端；采样保持单元通过控制开关S4、S5和S6对缓冲隔离单元输出的信号进行采样和保持；

所述缓冲隔离单元、缓冲输出级单元均为运算放大器构成的电压跟随器；缓冲隔离单元隔离采样保持单元的开关S4对积分放大单元的噪声影响；缓冲输出级单元提高输出端带负载的能力。所采用的运算放大器均为折叠式共源共栅运算放大器。

所述积分放大单元中，开关S1和开关S3接第二时钟信号Ф2，开关S2接第一时钟信号Ф1，Ф1和Ф2为两相非交叠时钟。

所述采样保持单元中，开关S4和开关S5接第一时钟信号Ф1，开关S6接第二时钟信号Ф2，Ф1和Ф2为两相非交叠时钟。

所述积分电容选择单元包括多个并联的支路，每个支路为一个电容选择开关和一个积分电容的串联，通过控制电容选择开关而选择合适的电容。