[发明专利]一种红外探测器像元电路

说明书

本发明涉及一种红外探测器像元电路，具有两段式积分结构，用于解决传统积分方式的噪声较大尤其是因复位开关引入的噪声问题。该电路包括CTIA放大器、积分电容电路、滤波电容、两段式积分电路、采样电路，积分短路电路和漏电路补偿电路。通过两段式积分结构，在第一段积分时，像元输出电压复位到固定电平，利用电容存储噪声和第一阶段信号；在第二段积分时，像元输出跟随积分电容电压，噪声在第一积分阶段被滤除，输出电压为第二段积分时间内的信号，因此降低电路噪声；通过补偿电路补偿像元输出端因寄生电容漏电荷导致的输出电压跟随能力降低的问题，以提高电路的精度；通过积分短路电路，实现两段式积分输出和CTIA直接输出可选择。

技术领域

本发明属于红外探测器读出电路设计领域，涉及一种红外探测器像元电路，具体涉及一种具有两段式积分结构的高精度低噪声像元电路。

背景技术

读出电路承接探测器与成像电路，是相机重要组成部分。读出电路包括像元电路、列级电路、输出级电路、偏压电路等。

像元电路又是探测器和读出电路的接口电路，一般情况下，像元设计决定探测器组件的多个重要指标，如信噪比和帧频等。CTIA输入级像元电路一般应用于短波探测器，短波探测器的特点是低背景，因此电路需要的积分电容较小，小的积分电容噪声较大。

由于光伏探测器的寄生电阻和寄生电容构成一个低通滤波器，可以滤除高频噪声，因此光子噪声的低频噪声是探测器噪声的主要来源；另外由于积分电容较小，复位开关在开关过程中产生的抖动将会被积分电容保存传递，尤其在低背景小积分电容下，电容更加容易受到影响，是读出电路引入主要噪声来源。

传统降低噪声的办法，首先增加积分电容。但是增加积分电容势必会增加电路积分时间，影响帧频，一般的解决方法是通过IWR（integration while reading）即边积分边读出的方式，使读出时间和积分时间重叠，降低读出时间对帧频的影响。积分电容也受像元面积的影响，不能无限增加，并且在极低背景应用环境下，积分时间和读出时间相比变得非常大，这种情况不能通过IWR模式提高帧频。其次，通过复位开关缓慢开和关的过程，降低开关抖动引起的噪声，这种方法的降噪效果有限。另外，也有在CTIA后边加滤波电容以滤除高频噪声的，这种方法无法降低低频噪声。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是提供一种红外探测器像元电路，具体为一种具有两段式积分结构的高精度低噪声像元电路，解决传统积分方式的读出电路噪声较大尤其是复位开关S4引入的噪声问题，以求在降低噪声的同时可以提高电路精度，提高电路信噪比。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种红外探测器像元电路，所述像元电路具有两段式积分结构，所述像元电路包括CTIA放大器、积分电容电路、滤波电容C1、两段式积分电路、积分短路电路以及漏电流补偿电路。

所述CTIA放大器的正反馈端连接外加偏置、负反馈端接光电探测器，用于为所述光电探测器提供偏置电压。所述积分电容电路跨接在CTIA放大器的负反馈端与输出端之间，所述滤波电容与CTIA放大器输出端相连，所述CTIA放大器的输出端接两段式积分电路，所述积分短路电路跨接在两段式积分电路的输入和输出端，所述两段式积分电路的输出接至像元输出端Vout；

所述积分电容电路包含电容Cint及复位开关S4，该电容Cint跨接在CTIA放大器的负反馈端和输出端，复位开关与Cint并联，用来复位积分电容。

在所述CTIA放大器的输出端设置开关S3，该CTIA放大器的输出通过设置的开关S3接滤波电容C1，该滤波电容C1用于降低CTIA放大器的主极点、增加电路稳定性。

所述滤波电容C1还通过设置的开关S1连接所述两段式积分电路，该两段式积分电路包括M2管、M3管、M4管以及采样电容C2，该采样电容C2用于采样信号电压，该M2管与M3管组成源随电路，为采样电容C2供电；该M4管的栅极接恒压源。