[发明专利]一种基于弛豫铁电单晶热释电探测器的双级读出电路

说明书

本发明公开了一种基于弛豫铁电单晶热释电探测器的双级读出电路，包括第一级CTIA(电容反馈互导)输入级电路、开关电容低通滤波器、二级CTIA放大电路、采样输出电路；其中第一级CTIA输入级电路将弛豫铁电探测器的输出电流信号转化为电压信号，开关电容低通滤波器抑制外界噪声，二级CTIA电路将信号进行放大，采样输出电路进行信号采样，将各个通道逐次导通输出。本发明的电路模块集成在一集成电路芯片上，和探测器芯片互连，由外部驱动电路提供控制信号，并通过调节外部时钟频率控制低通滤波器带宽，二级CTIA电路对信号进一步放大，提高输出信号信噪比，为大规模多元小面积灵敏元热释电焦平面，提供了一种输出线性、高信噪比的一体化集成微弱信号读出电路。

技术领域

本发明涉及探测器读出电路，尤其涉及一种弛豫铁电单晶热释电探测器的双级读出电路。

背景技术

弛豫铁电单晶类材料是一种具有优异的热释电综合性能新型热释电材料，有非常高的热释电系数、比较低的热扩散系数、比较稳定的化学性能，易提高横向分辨率，易加工减薄，可降低晶体元件的厚度，可以提高探测能力和分辨率。然而由于铁电材料红外器件探测信号大小依赖于灵敏元的面积，随着焦平面探测器件分辨率提高，面元越来越小，热释电电流越来越弱，对其检测技术就成为限制该类器件应用的关键所在。

读出电路在热释电探测器中的主要功能是给探测器提供合适的偏压，将探测器产生的光电流信号转换成电压信号，并且进行信号的预处理(如积分、放大、滤波、采样/保持等)，最后将成千上万个由探测器产生的信号按序输出。

现有的热释电探测器读出电路一般采用SFD源随器型结构和单级CTIA电容反馈互导结构。SFD源随器型结构的探测器偏压由复位电平决定，偏压会随积分时间和积分电流变化，从而引起探测器偏置变化，而且在中、高背景下，有输出信号非线性严重的问题。单级CTIA电容反馈互导结构在有限的积分时间内实现小信号的放大，主要通过减小积分电容实现，但过小的积分电容带来较大的KTC噪声，使信号被噪声淹没，难以进行信号处理。

本发明要解决的技术问题就是为大规模多元小面积灵敏元热释电焦平面，提供一种低噪声、输出线性、高增益等特点的一体化集成微弱信号读出电路。

发明内容

本发明的主要目的是针对现有热释电探测器读出电路结构的不足提供一种弛豫铁电单晶热释电探测器的读出电路，实现弛豫铁电单晶小面积灵敏元中微弱热释电信号的放大输出，同时具有高信噪比、输出线性的特点。

上述目的通过下述的技术方案来实现：

包括将弛豫铁电热释电探测器的输出电流信号转化为电压信号的第一级CTIA电容反馈互导输入级模块；抑制外界噪声的开关电容低通滤波器模块；第二级CTIA电容反馈互导放大电路模块；进行信号采样以及多路选通及输出的采样输出电路模块。

上述模块集成在一集成电路芯片上。

所述第一级CTIA电容反馈互导输入级电路模块由运算放大器OPA1和积分电容C_int1、开关复位管M_rst1和组成，积分电容C_int1、开关复位管M_rst1分别与运算放大器OPA1的负输入端和输出端连接，运算放大器OPA1负输入端连接探测器，正输入端连接参考电压V_ref，根据放大器的虚地原理，探测器连接运算放大器OPA1负输入端电压近乎等于V_ref，则探测器的偏压由V_ref与探测器另一端的电压控制，工作过程中几乎不会发生变化。