專利名稱：高靈敏度讀出電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于紅外探測器信號讀出應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種兩行像元同時(shí)讀出
與兩行像元同時(shí)積分的新型高靈敏度讀出電路。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)都得到了較快的發(fā)展，這為紅外讀出電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了保障。隨著紅外探測器在軍事與民用領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入，人們對紅外探測器在性能上的要求也越來越高。主要表現(xiàn)在更低的噪聲、更高的靈敏度、更快的響應(yīng)速度以及更加豐富的功能等。 目前所使用的紅外探測器主要是制冷型與非制冷型焦平面探測器。制冷型焦平面探測器的積分方式是整個(gè)面陣同時(shí)積分，然后再輸出，因此制冷型焦平面探測器的積分時(shí)間較長，靈敏度與信噪比較高；非制冷型焦平面探測器的積分方式是逐行積分，具體來說就是讀出一行，積分一行，因此非制冷探測器的積分時(shí)間較短，通常只有幾十個(gè)微妙，這是非制冷焦平面探測器的性能遜于制冷型焦平面探測器的原因之一。 國內(nèi)外許多國家都在致力于紅外探測器讀出電路的研究，國際上如美國的Raytheon公司、DRS公司、Flir-Indigo系統(tǒng)公司、日本的NEC以及以色列的SCD公司、法國的ULIS公司等。國內(nèi)如昆明211所、上海技術(shù)物理研究所、重慶大學(xué)、清華大學(xué)、電子科技
大學(xué)等。 目前最常用的非制冷焦平面探測器的積分方式是逐行積分，此種讀出方式使得單個(gè)像元的積分時(shí)間較短，讀出效率較低，靈敏度不高，信噪比較低，進(jìn)而導(dǎo)致非制冷探測器的噪聲等效溫差(NETD)值較大。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺點(diǎn)，進(jìn)一步增加了非制冷紅外焦平面探測器的積分時(shí)間，提高非制冷紅外焦平面探測器的讀出效率，探測靈敏度與信噪比等，而提供一種新型高靈敏度讀出電路，實(shí)現(xiàn)焦平面探測器信號兩行同時(shí)進(jìn)行積分，兩行同時(shí)進(jìn)行信號讀出。此種積分方式使得單個(gè)像元的積分時(shí)間為逐行讀出方式的2倍，NETD
為原來的1/V^倍，靈敏度為原來的V^倍，讀出效率為原來的2倍。 本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的高靈敏度讀出電路，由NXM個(gè)行選通開關(guān)(R) 、NXM個(gè)探測器敏感單元、一個(gè)行移位寄存器、一個(gè)列移位寄存器、2M個(gè)列選通開關(guān)(C0L)、2M個(gè)參考探測器、2M個(gè)積分放大電路、2M個(gè)采樣保持電路、2M個(gè)緩存器、一個(gè)多路選擇器組成，其特征在于每個(gè)參考探測器經(jīng)一個(gè)M0S管依次與一個(gè)積分放大電路、一個(gè)采樣保持電路、一個(gè)緩存器連接，每個(gè)緩存器與一個(gè)列選通開關(guān)相連，列移位寄存器分別與2M個(gè)列選通開關(guān)相連，列選通開關(guān)由列移位寄存器控制；每個(gè)探測器敏感單元分別連接1個(gè)行選通開關(guān)，行移位寄存器分別與NXM個(gè)行選通開關(guān)相連，控制探測器敏感單元的選通；每個(gè)行選通開關(guān)分別與依次與一個(gè)積分放大電路、一個(gè)采樣保持電路、一個(gè)緩存器連接，2M個(gè)列選通開關(guān)與多路選擇器連接，多路選擇器輸出模擬信號。列移位寄存器實(shí)現(xiàn)對列選通開關(guān)的控制，列移
位寄存器信號輸出至多路選擇器，由多路選擇器控制輸出，行移位寄存器實(shí)現(xiàn)對行選通開
關(guān)的控制，行移位寄存器信號輸出至多路選擇器，由多路選擇器控制輸出。 解碼電路同時(shí)選中整個(gè)像素陣列中的2行，然后對這2行信號同時(shí)進(jìn)行積分、采樣
和保持，兩行像素信號同時(shí)進(jìn)行積分、采樣和保持，具有更長的積分時(shí)間、更高的靈敏度、更小的NETD以及更高的讀出效率。 本實(shí)用新型是同時(shí)選中整個(gè)像素陣列中的2行，2行像素的信號同時(shí)輸出，然后對2行像素的信號同時(shí)進(jìn)行積分、采樣和保持等。 2行像素的同時(shí)選通可以通過圖1中的方式來實(shí)現(xiàn)，兩行信號的同時(shí)積分、采樣和保持可以通過增加積分放大電路、采樣保持電路、參考探測器來實(shí)現(xiàn)。 本實(shí)用新型通過在讀出電路上改進(jìn)解碼電路，增加積分放大電路、采樣保持電路、參考探測器來實(shí)現(xiàn)紅外信號的2行讀出、2行積分、采樣和保持等。這樣可以將紅外探測器的靈敏度及讀出效率提高到更高的水平。

圖1為本實(shí)用新型的紅外信號讀出電路示意圖；[0013] 圖2為本實(shí)用新型各控制信號的波形圖。
具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。 本實(shí)用新型采用2行同時(shí)讀出模式，對于M(列)XN(行)陣列，電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。 如圖1所示，圖中Rl. . . RN/2分別表示行選通開關(guān)；VGFID、 GSK是開關(guān)電壓；VDET為探測器偏置電壓；A為放大器；B為緩存器，C0L1. . . C0L2M分別表示列選通開關(guān)。[0017] 其中的行選通信號R1，R2，. . . R(N/2)由行移位寄存器給出。Ri同時(shí)控制2i_l和2i行。當(dāng)這兩行被選通后，其第j列分別送到2j-l和2j積分放大電路進(jìn)行積分，因此，需要2M個(gè)積分放大電路。 積分得到的信號經(jīng)過采樣/保持，MUX多路選擇以后，送往ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。多路選擇器MUX的寬度應(yīng)為2M。 其中列選通信號由列移位寄存器輸出。當(dāng)C0Li有效時(shí)，第i路信號經(jīng)過MUX送到ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 各控制信號的波形如圖2所示。行選通信號R0、R1......R(N/2)依次有效的時(shí)間
為2M CLK。 INT信號在Ri為高電平期間有效，允許對信號進(jìn)行積分，但其有效時(shí)間比Ri的短，最大可達(dá)到2M CLK。因此在一定的幀頻情況下，對于單場信號，相比于逐行積分模式，這個(gè)模式可以把讀出時(shí)間增加一倍，從而降低噪聲，減小NETD，代價(jià)是增加了一倍的積分放大電路。在對2i-l和2i行進(jìn)行讀出時(shí)，2M個(gè)列選通信號C0L1，C0L2，. . . C0L2M依次有效，持續(xù)時(shí)間為1CLK，將采樣保持的信號讀出。 本實(shí)用新型是同時(shí)選中整個(gè)像素陣列中的2行，2行像素的信號同時(shí)輸出，然后對2行像素的信號同時(shí)進(jìn)行積分、采樣和保持等。
4[0022] 多行像素的同時(shí)選通可以通過改變解碼電路來實(shí)現(xiàn)，如圖1中所示，多行信號的 同時(shí)積分、采樣和保持等可以通過增加積分放大電路、采樣保持電路、參考探測器來實(shí)現(xiàn)。 本實(shí)用新型通過在讀出電路上改變解碼電路，如圖1中所示，增加積分放大電路、 采樣保持電路、參考探測器來實(shí)現(xiàn)紅外信號的多行讀出、多行積分、采樣和保持等。這樣可 以將紅外探測器的靈敏度及讀出效率提高到更高的水平。
權(quán)利要求高靈敏度讀出電路，由N×M個(gè)行選通開關(guān)、N×M個(gè)探測器敏感單元、一個(gè)行移位寄存器、一個(gè)列移位寄存器、2M個(gè)列選通開關(guān)、2M個(gè)參考探測器、2M個(gè)積分放大電路、2M個(gè)采樣保持電路、2M個(gè)緩存器、一個(gè)多路選擇器組成，其特征在于每個(gè)參考探測器經(jīng)一個(gè)MOS管依次與一個(gè)積分電路、一個(gè)采樣保持電路、一個(gè)緩存器連接，每個(gè)緩存器與一個(gè)列選通開關(guān)相連，列移位寄存器分別與2M個(gè)列選通開關(guān)相連，列選通開關(guān)由列移位寄存器控制；每個(gè)探測器敏感單元分別連接1個(gè)行選通開關(guān)，行移位寄存器分別與N×M個(gè)行選通開關(guān)相連，控制探測器敏感單元的選通；每個(gè)行選通開關(guān)分別與依次與一個(gè)積分放大電路、一個(gè)采樣保持電路、一個(gè)緩存器連接，2M個(gè)列選通開關(guān)與多路選擇器連接，多路選擇器輸出模擬信號。
專利摘要本實(shí)用新型涉及高靈敏度讀出電路，連接方式如下每個(gè)參考探測器經(jīng)一個(gè)MOS管依次與一個(gè)積分放大電路、一個(gè)采樣保持電路、一個(gè)緩存器連接，每個(gè)緩存器與一個(gè)列選通開關(guān)相連，列移位寄存器分別與2M個(gè)列選通開關(guān)相連，列選通開關(guān)由列移位寄存器控制；每個(gè)探測器敏感單元分別連接1個(gè)行選通開關(guān)，行移位寄存器分別與N×M個(gè)行選通開關(guān)相連，控制探測器敏感單元的選通；每個(gè)行選通開關(guān)分別與依次與一個(gè)積分放大電路、一個(gè)采樣保持電路、一個(gè)緩存器連接，2M個(gè)列選通開關(guān)與多路選擇器連接，多路選擇器輸出模擬信號。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)紅外信號的2行讀出、2行積分、采樣和保持等，這樣可以將紅外探測器的靈敏度及讀出效率提高到更高的水平。
文檔編號G01J5/10GK201497578SQ20092022741
公開日2010年6月2日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者黃立 申請人:武漢高德紅外股份有限公司