[发明专利]一种基于锁相环的数字输出非制冷红外读出装置

说明书

本发明的提供了一种基于锁相环的非制冷红外读出装置，包括：锁相环及时序模块，其将输入时钟分频、倍频，并产生各个模块所需的驱动时序信号；镜像式探测器前端模块，用于基于所述感光像元和参考像元生成感应电流；列级跨阻放大器模块；采样保持模块；电压比较模块，其包括斜坡信号发生模块和比较器模块；计数器模块，其在所述斜坡信号线性变化时同步计数；列内存储模块，其在所述阶跃电压翻转时，将当时的计数器模块的计数锁存然后输出到数据总线。通过在读出电路中内嵌模数转换器，降低了用户的使用难度和使用成本以及降低了产品的体积，同时，基于锁相环的时序电路还能够降低探测器输入输出端口的工作频率，进一步降低产品的功耗和使用难度。

技术领域

本发明涉及红外成像领域，特别是涉及基于锁相环的数字输出非制冷 红外读出装置。

背景技术

目前，非制冷红外成像技术在军事、工农业、医学、天文等领域有着 重要的应用。作为非制冷红外成像技术核心的红外焦平面阵列，包括红外 探测器阵列和读出电路两部分。其中，微测辐射热计焦平面阵列(FPA) 具有较高的灵敏度，是应用最广泛的一种非制冷红外焦平面阵列，其工作 原理是热敏材料吸收入射的红外辐射后温度改变，从而引起自身电阻值的 变化，通过测量其电阻值的变化探测红外辐射信号的大小。

微测辐射热计普遍采用微机械加工技术制作的悬臂梁微桥结构。桥面 沉积有一层具有高电阻温度系数(TCR)的热敏材料，桥面由两条具有良 好力学性能并镀有导电材料的桥腿支撑，桥腿与衬底的接触点为桥墩，桥 墩电学上连接到微测辐射热计下的硅读出电路(ROIC)上。通过桥腿和 桥墩，热敏材料连接到读出电路的电学通道中，形成一个对温度敏感并连 接到读出电路上的像素单元，简称像元。敏感像元又称为敏感微测辐射热 计，与之对应的有两种盲像元，其中一种桥面与衬底热学短路，温度恒等 于衬底温度，称为热短路像元；另一种是结构与敏感微测辐射热计完全相 同，但是被遮挡了，所以不能感应目标辐射，称为被遮挡像元。利用这两 种盲微像元可以有效抵消敏感像元阻值随衬底温度变化带来的输出电压 波动，实现无TEC(热电制冷器)功能。

读出电路的作用则是对敏感像元的响应信号进行处理(比如滤波、放 大)和读出，并对像元电阻的非均匀性进行校正。信号处理的好坏、非均 匀性校正的好坏和读出电路自身的噪声都会对红外成像系统的性能造成 显著的影响。传统的读出电路采用模拟输出，由于红外信号很微弱并且视 频数据量很大，用户需要在硬件上使用高速高精度的模数转换器(ADC) 及其驱动电路。ADC一般要求比特数不低于14，时钟频率可达300MHz， 采样速率可达每秒20M个样本。这样不仅增加了噪声和功耗，让用户难 以使用，还严重增加了产品的体积和成本。为此，采用数字化输出的非制 冷红外读出电路逐渐成为了主流。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些 方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。 它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范 围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详 细描述的前序。

本发明解决的技术问题是提供一种基于锁相环(PLL)的非制冷红外 探测器的读出装置，提供了一种在读出电路中内嵌模数转换器，降低了用 户的使用难度和使用成本以及降低了产品的体积。同时，基于锁相环的时 序电路还能够降低探测器输入输出端口的工作频率，进一步降低产品的功 耗和使用难度。