[发明专利]一种两步式读出电路和模数转换器

说明书

本发明提供一种两步式读出电路和模数转换器，涉及红外焦平面阵列技术领域。在粗量化阶段，积分单元对电流进行折叠积分，同时，时序控制开关单元控制计数器开关，导通比较器和所述粗量化计数器之间的回路；粗量化计数器基于折叠积分的结果，确定粗量化转换结果；在细量化阶段，积分单元停止对电流进行折叠积分，时序控制开关单元控制计数器开关，导通比较器和细量化计数器之间的回路；细量化计数器基于折叠积分后的余量电压和细量化阶梯单元，确定细量化转换结果。本发明的两步式读出电路，一次模数转换的折叠积分次数远远小于传统ADC的折叠积分次数。实现了既能降低模数转换低功耗，又保持了较高精度模数转换，具有较高的实用性价值。

技术领域

本发明涉及红外焦平面阵列技术领域，尤其涉及一种两步式读出电路和模数转换器。

背景技术

红外成像是一种通过探测目标物体的热辐射获得红外成像的探测器技术。其中非制冷红外焦平面阵列探测器在成本、便携性、功耗等方面具有明显优势，因而被广泛应用于夜视、监控、热像测温等军事、民用领域。读出电路的设计一直是非制冷红外焦平面阵列的研究难点和热点，按读出方式可分为模拟读出和数字读出，其中数字读出通过片内集成ADC完成模数转换，模拟信号的传输路径更短，损耗更少，因而相比于模拟读出具有更高的性能。红外焦平面探测器对衬底温度的敏感性以及应用场景的便携性，都对读出电路的功耗尤其是ADC的功耗提出了相当严格的限制。

常见的低功耗列级ADC有单斜率ADC、折叠积分ADC等方案，单斜率ADC的转换时间与精度相关，为2^NT，在高精度应用场景需要高时钟频率，而由此引入的时钟树等结构将会增加大阵列芯片的设计难度，并且转换精度受斜坡信号发生器精度的影响。

而传统基于PFM的折叠积分ADC，其折叠频率不受主时钟频率限制，可以通过减小每次复位的电荷量来提高折叠频率，从而提高精度。但是更高的折叠频率意味着更多的复位次数和更高的功耗，从而存在精度和功耗之间的折衷问题。因而亟需提出一种既能降低模数转换功耗，又可以实现较高精度模数转换的方案。

发明内容

本发明提供两步式读出电路和模数转换器，提出了一种既能降低模数转换低功耗，又可以实现较高精度模数转换的技术方案。

本发明实施例第一方面提供一种两步式读出电路，所述电路包括：转换单元、积分单元、比较器、粗量化计数器、细量化阶梯单元、细量化计数器、时序控制单元以及计数器开关；

所述转换单元接收红外焦平面阵列中二极管探测器电压和盲端探测器电压，将所述二极管探测器电压与所述盲端探测器电压之间的电压差，转换为对应的电流，传输至所述积分单元；

在粗量化阶段，所述积分单元对所述电流进行折叠积分，同时，所述时序控制开关单元控制所述计数器开关，导通所述比较器和所述粗量化计数器之间的回路；

所述粗量化计数器基于所述折叠积分的结果，确定粗量化转换结果，所述粗量化转换结果表征所需进行模数转换的位数中高M位比特数据；

在细量化阶段，所述积分单元停止对所述电流进行折叠积分，所述时序控制开关单元控制所述计数器开关，导通所述比较器和所述细量化计数器之间的回路；

所述细量化计数器基于所述折叠积分后的余量电压和所述细量化阶梯单元，确定细量化转换结果，所述细量化转换结果表征所需进行模数转换的位数中低N位比特数据；

其中，所述转换单元、所述积分单元、所述比较器、所述粗量化计数器、所述细量化计数器的数量由所述红外焦平面阵列的大小决定，所述红外焦平面阵列共同一个所述细量化阶梯单元和一个时序控制单元。

可选地，所述电路还包括：复位晶体管；所述转换单元包括：跨导放大器；所述积分单元包括：积分晶体管、积分电容；

所述跨导放大器的同相端接收所述二极管探测器电压；

所述跨导放大器的反相端接收所述盲端探测器电压；