[发明专利]可增大积分摆幅的红外焦平面接口电路

说明书

技术领域

本发明涉及红外焦平面阵列接口电路技术领域，尤其是涉及一种可增大积分摆幅的二极管型非制冷红外焦平面阵列接口电路。

背景技术

随着红外焦平面阵列规模成倍地增加，像元尺寸显著减小，限制了ROC输入级的复杂程度和积分电容的容量。目前，读出电路已成为红外焦平面进一步发展的瓶颈，当然也是我国的红外焦平面快速发展的关键技术之一。常见的读出电路有电荷耦合器件（CCD）型电路，电荷注入器件（CID）型电路、电荷成像矩阵（CIM）型电路、CMOS开关型电路，但应用最多的是CCD型和CMOS开关型电路。

与CCD型相比，CMOS型读出电路最明显的优势是具有高度集成的条件，器件结构简单，功耗小，生产成品率高，采用标准工艺，成本低，应用范围广；噪声较大，但总体的性价比较高，是成本、性能的优胜者，故CMOS读出电路是未来的发展趋势。

CMOS读出电路的主要组成部分为：焦平面单元电路（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）、行和列的移位寄存器、电容积分结构、相关双采样电路、公共输出级等。目前，焦平面单元电路中电容跨导放大器结构CTIA被普遍采用，因其偏置电压稳定，注入效率高，噪声低，均匀性和线性度良好。

电容积分公式为ΔV=1/c*∫idt ，当积分时间较短时，二极管型焦平面探测器输出的电压小信号可近似为直流电压小信号，通过跨导放大器转换成直流电流小信号，故积分放大单元的积分公式可写成△V=I*T/C ，其中T为积分时间，一般为us数量级，当使用电阻R实现电压到电流转换时，积分公式可写成△V =△Vin*T/RC，由此可知系统增益A=T/RC；当使用跨导放大器实现电压到电流转换时，积分公式为△V=I*T/C =△Vin*T*Gm/C ，系统增益A=GmT/C。

当二极管型焦平面探测器输出的电压小信号较大时，为mv量级时，系统的放大倍数较小。由电阻实现电压至电流转换的积分公式可得当积分时间和积分电容为某定值时，所需要的电阻值较大，电阻值较大带来的是芯片热噪声和版图面积较大；而由跨导实现电压至电流转换的积分公式可得当积分时间和积分电阻为某定值时，所需的跨导值较小，以至于带来跨导部分的闪烁噪声（1/f噪声）较大的问题。当从电路方面考虑改善噪声和减小版图面积时，必须使用跨导放大器，并且必须提高跨导放大器的跨导值而减小闪烁噪声，由此可推出必须提高系统的放大倍数。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种适合大规模二极管型红外焦平面探测器阵列的接口电路，增加系统的线性积分量程，提高系统的放大倍数。

本发明的红外焦平面接口电路包括依次连接的：跨导放大器单元、积分放大单元、缓冲隔离单元、采样保持单元和缓冲输出单元，还包括电平转换单元、基准电流源单元和积分电容选择单元；

所述电平转换单元将数字控制电路生成的列选控制信号由5V电平转换成9V电平，从而控制二极管型焦平面阵列探测器的高压列选开关，每个高压列选开关一端接9V直流电平，另一端接阵列中一路串联的二极管；

所述基准电流源单元连接二极管型焦平面阵列，为其提供偏置电流，当列选开关导通时，9V直流电平使二极管型焦平面阵列正向导通，当探测器阵列接收红外辐射时，二极管探测温度发生变化，二极管的结电压发生变化，从而产生反应红外辐射温度的电压小信号；

所述跨导放大器单元连接在探测器输出信号端和积分放大单元的输入端之间，将探测器输出的电压小信号转换成电流小信号；

所述积分放大单元通过控制自身的开关的导通与断开而控制积分放大单元处于积分或复位状态，积分电容选择单元并联在积分放大单元上；

所述缓冲隔离单元用于隔离采样保持单元内部的开关对前级积分放大单元的噪声影响；

所述采样保持单元对积分放大单元的积分信号进行采样并保持，通过控制自身的开关的导通与断开而控制采样保持单元处于采样或保持状态；

所述缓冲输出单元作为接口电路的最后一级，用于提高输出级的带负载能力，并隔离探测器的行选开关对采样保持单元的噪声影响。