[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

摘要

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。

主权项

1.一种单芯片弛豫铁电热释电探测器双级读出电路，其特征在于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；其中：所述第一级CTIA电容反馈互导输入级电路由运算放大器OPA1和积分电容Cint1、开关复位管Mrst1和组成，积分电容Cint1、开关复位管Mrst1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Vref，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Vref，则探测器的偏压由Vref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；所述开关电容低通滤波器由MOS管M1、M2、电容C1和C2组成，MOS管M1、M2和电容C1构成一个等效电阻，与电容C2构成一个RC低通滤波器；所述第二级CTIA电容反馈互导放大电路由运算放大器OPA2、电容Cint2、Ca、开关复位管Mrst2组成，电容Ca与运算放大器OPA2的负输入端连接，电容Cint2、开关复位管Mrst2分别与运算放大器OPA2的负输入端和输出端连接，开关复位管Mrst2负责积分电容的复位，当复位开关断开时，由电容Cint2、Ca和运放组成一个电容比例反相放大器，对信号进行放大输出；所述采样输出电路包括采样保持电路和多路传输电路，采样电路由采样电容Csh和CMOS开关管组成，多路传输电路包括选通CMOS开关管、移位寄存器、单位增益跟随器OPA3，移位寄存器依次选通各个通道，信号逐次输出，达到读出信号的目的；上述读出电路的具体工作过程如下：复位开关管Mrst1和Mrst2由Vrst信号控制首先导通，积分电容Cint1和Cint2被复位到参考电平，当复位开关管Mrst1和Mrst2截止时进入积分阶段，第一级CTIA输入级电路积分电容Cint1开始积分；从探测器输出的电荷流入积分电容Cint1，经运算放大器转成电压放大后输出，输出信号经开关电容低通滤波器进行噪声抑制，进入二级CTIA构成的反相比例放大器进行放大，在积分结束时Vsh控制的采样开关导通，输出信号被被每个通道的采样保持电路采样，积分结束后，移位寄存器在开始读出脉冲ST信号控制下产生选通信号，开始逐次读取每个通道的信号，实现读出电路的信号输出。