專利名稱：紅外焦平面陣列及其讀出電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子及光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種紅外焦平面陣列(infrared focal plane array) 1 (readout integrated circuit)，3^, ^! ^ 一禾中胃賣 出電路的紅外焦平面陣列。
背景技術(shù)：
紅外成像技術(shù)在軍事、工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、天文等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。作為紅外成像 技術(shù)核心的紅外焦平面陣列包括紅外探測(cè)器陣列和讀出電路兩部分。探測(cè)器陣列的作用是 實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，讀出電路的作用則是完成像素信號(hào)的處理和讀出。其中，讀出電路對(duì)紅外成 像系統(tǒng)的性能有重要影響。現(xiàn)有的紅外焦平面陣列讀出電路如圖1所示，包括像素讀出陣列111、列讀出緩沖 級(jí)112、輸出開(kāi)關(guān)113、輸出緩沖級(jí)114和行、列控制信號(hào)產(chǎn)生邏輯(圖中未示出)，其中OUT 為輸出節(jié)點(diǎn)。紅外焦平面陣列讀出電路的基本功能是進(jìn)行紅外探測(cè)器信號(hào)的轉(zhuǎn)換、放大以 及傳輸。模擬輸出級(jí)電路是與紅外探測(cè)器陣列的接口電路，其性能好壞直接影響整個(gè)讀出 電路。其中，像素讀出陣列111是紅外探測(cè)器陣列與讀出電路的接口，完成探測(cè)器偏置、信 號(hào)積分等功能；列讀出緩沖級(jí)112為單位增益接法的運(yùn)算放大器，完成將積分放大信號(hào)傳 輸?shù)捷敵鼍彌_級(jí)114的作用；開(kāi)關(guān)113大多由互補(bǔ)MOS管構(gòu)成，控制列信號(hào)串行輸出到輸出 緩沖級(jí)；輸出緩沖級(jí)114通常也是單位增益接法的運(yùn)算放大器，完成對(duì)信號(hào)的最終輸出。通 常列讀出緩沖級(jí)112采用一級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)，而輸出緩沖級(jí)114由于需要驅(qū)動(dòng)電阻負(fù)載，因此通 常采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)。讀出電路按照先積分后讀出的順序工作，即像素讀出陣列111以行為單位順序?qū)?光電流積分，一行積分完畢后，在列選信號(hào)的控制下，每列的積分信號(hào)依次通過(guò)列讀出緩沖 級(jí)112和輸出緩沖級(jí)114讀出。讀出電路的像素信號(hào)傳輸速率是由每列信號(hào)的讀出延遲制 約的。每列信號(hào)的讀出延遲Tdelay可由下式估算Tdeiay Tslew+T^oi—anip+Tbuffer其中，Tslew為大信號(hào)建立時(shí)間，通常由列讀出緩沖級(jí)112和輸出緩沖級(jí)114中大信 號(hào)建立時(shí)間較長(zhǎng)的一個(gè)決定。Tcol amp和Tbuffw分別代表列讀出緩沖級(jí)112和輸出緩沖級(jí)114 的小信號(hào)建立時(shí)間，他們由各自的增益帶寬積決定。為了保證信號(hào)精確輸出，每個(gè)列周期必 須大于列信號(hào)的讀出延遲。近年來(lái)，紅外焦平面陣列組件規(guī)模的不斷擴(kuò)大，每幀圖像包含的像素增加，在幀速 不變的條件下，讀出電路對(duì)像素讀出的速率要求越來(lái)越高。雖然可以使用多通道并行工作 的方法增大讀出速率，但其代價(jià)是增加額外的列讀出緩沖級(jí)和輸出緩沖級(jí)，因而增加了功 耗、面積和電路的復(fù)雜度。而紅外焦平面陣列讀出電路既要具有高的工作性能，又要具有低 的功耗指標(biāo)，因此隨著紅外焦平面陣列組件規(guī)模的擴(kuò)大，其讀出電路主要由列讀出緩沖級(jí) 和輸出緩沖級(jí)組成的模擬輸出緩沖級(jí)結(jié)構(gòu)亟待改進(jìn)。另外，在上述現(xiàn)有的讀出電路中，還額外加入了列讀出緩沖級(jí)112的噪聲，這在低噪聲等效溫差(Noise Equivalent Temperature Difference，簡(jiǎn)稱NETD)紅外成像芯片設(shè) 計(jì)中是不可取的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種紅外焦平面陣列讀出電路，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的高 工作性能和低功耗、低復(fù)雜度難以兼具的問(wèn)題。本發(fā)明的另一目的在于提供一種紅外焦平面陣列，以解決其讀出電路高工作性能 和低功耗、低復(fù)雜度難以兼具的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的之一，本發(fā)明提供的紅外焦平面陣列讀出電路包括輸出節(jié)點(diǎn)、 N+1個(gè)放大器、N+1個(gè)第一級(jí)開(kāi)關(guān)和列控制信號(hào)產(chǎn)生模塊，其中，還包括M+1個(gè)輸出總線、M+1 個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器(buffer)，所述N+1個(gè)放大器均分為M+1組，每組放大器之一分別 通過(guò)一個(gè)所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)連接于每一輸出總線，所述M+1個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器的輸入 端分別連接于所述M+1個(gè)輸出總線，所述M+1個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器的輸出端分別通過(guò) 一第二級(jí)開(kāi)關(guān)和所述輸出節(jié)點(diǎn)連接；其中，所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)、第二級(jí)開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)由所述 列控制信號(hào)產(chǎn)生邏輯產(chǎn)生，且M、N為自然數(shù)，N+1是M+1的整數(shù)倍。根據(jù)上述紅外焦平面陣列讀出電路的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述N+1個(gè)放大 器的輸入端和反相輸入端之間分別連接一電容組成N+1個(gè)積分器。根據(jù)上述紅外焦平面陣列讀出電路的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，在所述輸出節(jié)點(diǎn) 和第二級(jí)開(kāi)關(guān)之間還連接有P+1個(gè)第二級(jí)模擬輸出緩沖器和P+1個(gè)第三級(jí)開(kāi)關(guān)，P為自然 數(shù)；其中，耦接于同一個(gè)所述輸出總線的第二級(jí)開(kāi)關(guān)分為一組，所述M+1個(gè)第二級(jí)開(kāi)關(guān)均分 為P+1組，每一組第二級(jí)開(kāi)關(guān)連接于同一所述第二級(jí)模擬輸出緩沖器的輸入端，所述第二 模擬輸出緩沖器的輸出端分別通過(guò)一個(gè)所述第三級(jí)開(kāi)關(guān)和所述輸出節(jié)點(diǎn)連接。根據(jù)上述紅外焦平面陣列讀出電路的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述第一級(jí)模擬 輸出緩沖器輸入級(jí)為軌對(duì)軌(rail to rail)的NMOS、PMOS互補(bǔ)的差分輸入級(jí)、單NMOS輸 入級(jí)或單PMOS輸入級(jí)。根據(jù)上述紅外焦平面陣列讀出電路的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述第二級(jí)模擬 輸出緩沖器輸出級(jí)為懸浮柵甲乙類輸出級(jí)結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述紅外焦平面陣列讀出電路的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，其特征在于，所述 第二級(jí)模擬輸出緩沖器的輸入端和輸出端之間分別連接一補(bǔ)償電容。根據(jù)上述紅外焦平面陣列讀出電路的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述第一級(jí)開(kāi)關(guān) 和第二級(jí)開(kāi)關(guān)由互補(bǔ)MOS管構(gòu)成。根據(jù)上述紅外焦平面陣列讀出電路的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述第三級(jí)開(kāi)關(guān) 由互補(bǔ)MOS管構(gòu)成。根據(jù)上述紅外焦平面陣列讀出電路的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)、 第二級(jí)開(kāi)關(guān)、第三級(jí)開(kāi)關(guān)均為控制信號(hào)高電平時(shí)導(dǎo)通，其時(shí)序?yàn)榈谝患?jí)開(kāi)關(guān)為Q個(gè)主時(shí)鐘 (Master Clock，簡(jiǎn)稱MC)的導(dǎo)通脈沖，Q彡M+1，第一級(jí)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通脈沖依次延遲一個(gè)MC出 現(xiàn)；第二級(jí)開(kāi)關(guān)為R個(gè)MC的導(dǎo)通脈沖，R ( P+1，第一個(gè)第二級(jí)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通脈沖出現(xiàn)在第一 個(gè)第一級(jí)開(kāi)關(guān)的Q個(gè)MC導(dǎo)通電平的最后R個(gè)MC，第二級(jí)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通脈沖依次延遲一個(gè)MC 出現(xiàn)；第三級(jí)開(kāi)關(guān)高電平為一個(gè)MC，周期為P+1個(gè)MC，第一個(gè)第三級(jí)開(kāi)關(guān)的高電平出現(xiàn)在第一個(gè)第二級(jí)開(kāi)關(guān)的R個(gè)MC導(dǎo)通電平的最后一個(gè)MC，第三級(jí)開(kāi)關(guān)的高電平脈沖依次延遲一 個(gè)MC出現(xiàn)；第一級(jí)開(kāi)關(guān)、第二級(jí)開(kāi)關(guān)、第三級(jí)開(kāi)關(guān)同時(shí)為高電平時(shí)，第一級(jí)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的那列 信號(hào)輸出到輸出節(jié)點(diǎn)，Q、R為自然數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明提供的紅外焦平面陣列，包括紅外探測(cè)器陣 列和紅外焦平面陣列讀出電路，所述紅外焦平面陣列讀出電路耦接于所述紅外探測(cè)器陣列 以對(duì)其探測(cè)的微弱熱輻射信號(hào)進(jìn)行處理和輸出，其中，所述紅外焦平面陣列讀出電路為上 述的紅外焦平面陣列讀出電路之一。本發(fā)明采用讀出放大電路直接接到模擬輸出級(jí)，并采用預(yù)置輸出總線和分級(jí)輸出 級(jí)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)模擬電壓高速、精確地輸出到片外或其他輸出端，具有較低的功耗，適用于低 NETD、較大面陣和較高幀頻的紅外焦平面陣列讀出電路。


圖1為現(xiàn)有紅外焦平面陣列讀出電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明紅外焦平面陣列讀出電路原理性結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明紅外焦平面陣列讀出電路優(yōu)選實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3所示優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)SO、Si、S2的時(shí)序圖；圖5為應(yīng)用于具有384*288像素陣列紅外焦平面陣列的本發(fā)明紅外焦平面陣列讀 出電路優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5所示優(yōu)選實(shí)施例的第一級(jí)模擬輸出緩沖器的差分輸入電路圖；圖7為圖5所示優(yōu)選實(shí)施例的第二級(jí)模擬輸出緩沖器的懸浮柵甲乙類輸出級(jí)結(jié)構(gòu) 電路圖；圖8為圖5所示優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)SO、Si、S2的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。首先需要說(shuō)明的是，在不影響清楚描述本發(fā)明的情況下，某些附圖標(biāo)記將有所簡(jiǎn) 化，例如圖2所示的第一個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器的附圖標(biāo)記為bufferKO〉，其后的第一 級(jí)模擬輸出緩沖器僅標(biāo)示為<1>-<M> ；另外為適應(yīng)某些部分描述部件整體或某些部分描述 部件個(gè)體的需要，某些部件的名稱也可能有所改變，例如在下文的某些地方將稱第一級(jí)開(kāi) 關(guān) 12 為開(kāi)關(guān) SO 或 S0<0:X>、S0<0>-S0<N>。如圖2所示，本發(fā)明紅外焦平面陣列讀出電路包括列控制信號(hào)產(chǎn)生邏輯(圖中 未示出)、輸出節(jié)點(diǎn)OUT、N+1個(gè)用于將熱輻射產(chǎn)生的電流信號(hào)進(jìn)行放大的放大器Il (各 放大器的輸出端標(biāo)記為Vo<0>-Vo<N>)、N+1個(gè)第一級(jí)開(kāi)關(guān)12 (分別為開(kāi)關(guān)S0<0>-S0<N>)、 M+1個(gè)輸出總線13 (分別為輸出總線BUS<0>-BUS<N>)、M+1個(gè)第二級(jí)開(kāi)關(guān)15 (分別為開(kāi) 關(guān)S1<0>-S1<M>)、M+1個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器14(分別為模擬輸出緩沖器bufferKO〉、 <1>-<M>)。同組的多個(gè)放大器Il分別通過(guò)第一級(jí)開(kāi)關(guān)12連接于同一輸出總線13。M+1個(gè) 第一級(jí)模擬輸出緩沖器14的輸入端分別連接于M+1個(gè)輸出總線13，M+1個(gè)輸出總線13將 N+1個(gè)放大器分成M+1組，每組(N+1)/(M+1)列，每組放大器輸出VO<0:N>經(jīng)過(guò)第一級(jí)開(kāi)關(guān) S0<0:N>分別輸入至M+1根輸出總線BUS<0:M>上，即每(N+1)/(M+1)個(gè)放大器公用一根輸出總線，M的選擇根據(jù)具體陣列大小而定。M+1個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器14的輸出端分別 通過(guò)第二級(jí)開(kāi)關(guān)15和輸出節(jié)點(diǎn)OUT連接；第一級(jí)開(kāi)關(guān)12、第二開(kāi)關(guān)15的控制信號(hào)由列控 制信號(hào)產(chǎn)生邏輯產(chǎn)生，且M、N為自然數(shù)，N+1是M+1的整數(shù)倍?？梢?jiàn)，本發(fā)明的第一級(jí)模擬輸出緩沖器14是模擬輸出級(jí)結(jié)構(gòu)的輸入級(jí)，輸入總線 數(shù)據(jù)進(jìn)入第一級(jí)模擬輸出緩沖器14通過(guò)采用預(yù)置總線結(jié)構(gòu)，大大減少了第一級(jí)模擬輸出 緩沖器的數(shù)量，減小了芯片的面積，提高了利用率。如圖3所示的本發(fā)明紅外焦平面陣列讀出電路優(yōu)選實(shí)施例，放大器Il的輸出端和 反相輸入端之間連接一電容組成N+1個(gè)積分器II。輸出節(jié)點(diǎn)OUT和第二級(jí)開(kāi)關(guān)15之間連接有P+1個(gè)第二級(jí)模擬輸出緩沖器16和第 三級(jí)開(kāi)關(guān)I7，P為自然數(shù)。耦接于同一個(gè)輸出總線13的第二級(jí)開(kāi)關(guān)15分為一組，也即第一 級(jí)模擬輸出緩沖器bufferl<0:M>輸出端分別連接于第二級(jí)開(kāi)關(guān)S1<0:M>。M+1個(gè)第二級(jí)開(kāi) 關(guān)14均分為P+1組，每一組第二級(jí)開(kāi)關(guān)14連接于同一個(gè)第二級(jí)模擬輸出緩沖器16，第二模 擬輸出緩沖器16分別通過(guò)一第三級(jí)開(kāi)關(guān)17和輸出節(jié)點(diǎn)OUT連接，M+1個(gè)第一級(jí)模擬輸出 緩沖器bufferl<0:M>和M+1個(gè)第二級(jí)開(kāi)關(guān)S1<0:M>用于將積分器Il電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流 信號(hào)并傳輸?shù)降诙?jí)模擬輸出緩沖器bUffer2<0:P>。為了提高模擬輸出緩沖級(jí)的穩(wěn)定性，第二級(jí)模擬輸出緩沖器17的輸入端和輸出 端之間還連接有補(bǔ)償電容18，也即每一第二級(jí)模擬輸出緩沖器buffer2<0:P>與一電容Cc 并聯(lián)。第一級(jí)開(kāi)關(guān)12、第二級(jí)開(kāi)關(guān)15、第三級(jí)開(kāi)關(guān)17均為控制信號(hào)高電平時(shí)導(dǎo)通，如圖4 所示三者的時(shí)序。第一級(jí)開(kāi)關(guān)S0<0:N>為Q個(gè)MC的導(dǎo)通脈沖，Q彡M+1，第一級(jí)開(kāi)關(guān)S0<0:N> 的導(dǎo)通脈沖依次延遲一個(gè)MC出現(xiàn)。第二級(jí)開(kāi)關(guān)S1<0:M>為R個(gè)MC的導(dǎo)通脈沖，R彡P(guān)+1， 第一個(gè)第二級(jí)開(kāi)關(guān)S1<0>的導(dǎo)通脈沖出現(xiàn)在第一個(gè)第一級(jí)開(kāi)關(guān)S1<0>的Q個(gè)MC導(dǎo)通電平 的最后R個(gè)MC，第二級(jí)開(kāi)關(guān)Sl的導(dǎo)通脈沖依次延遲一個(gè)MC出現(xiàn)。第三級(jí)開(kāi)關(guān)S2高電平 (也即導(dǎo)通電平)為一個(gè)MC，周期為P+1個(gè)MC，第一個(gè)第三級(jí)開(kāi)關(guān)S2<0>的高電平出現(xiàn)在第 一個(gè)第二級(jí)開(kāi)關(guān)S2<0>的R個(gè)MC導(dǎo)通電平的最后一個(gè)MC，第三級(jí)開(kāi)關(guān)S2的高電平脈沖依 次延遲一個(gè)MC出現(xiàn)；第一級(jí)開(kāi)關(guān)SO、第二級(jí)開(kāi)關(guān)Si、第三級(jí)開(kāi)關(guān)S2同時(shí)為高電平時(shí)，第一 級(jí)開(kāi)關(guān)SO對(duì)應(yīng)的那列信號(hào)輸出到輸出節(jié)點(diǎn)OUT，也即輸出至片外。下面結(jié)合圖5-圖8所示，以384*288像素陣列的紅外焦平面讀出電路為例進(jìn)一 步說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。圖5所示優(yōu)選實(shí)施例結(jié)構(gòu)包括384個(gè)積分 器121 (也即上文的N = 383)及其連接至輸出總線123的384個(gè)開(kāi)關(guān)122、16根輸出總線 123 (也即上文的M = 15)、16個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器124、16個(gè)開(kāi)關(guān)125、2個(gè)第二級(jí)模擬 輸出緩沖器126 (也即上文的P = 1)、2個(gè)開(kāi)關(guān)127及2個(gè)補(bǔ)償電容128。384個(gè)開(kāi)關(guān)S0<0 383>連接在積分器INT<0 383>與輸出總線BUS<0 15>之間，通 過(guò)列控制信號(hào)產(chǎn)生邏輯選擇開(kāi)關(guān)S0<0:383>的導(dǎo)通和關(guān)斷，控制積分器121輸出數(shù)據(jù)到輸 出總線123的傳輸。16條輸出總線123將384列積分器121分成16組，每組M列，每組的積分器輸出 vo<0:383>經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)122分別輸入至16根輸出總線123上，即每M列公用一根輸出總線。由于電路的像素信號(hào)傳輸速率是由每列信號(hào)的讀出延遲制約的，本優(yōu)選實(shí)施例采 用的兩極緩沖結(jié)構(gòu)使得每列信號(hào)讀出延遲時(shí)間Tdelay ^ T’ Slew+T' buffCT，其中，τ’ slew是模擬輸出緩沖器的大信號(hào)建立時(shí)間，T’buffer是模擬輸出緩沖器的小信號(hào)建立時(shí)間。比起傳統(tǒng) 的延遲時(shí)間Tdelay ^ Tslew+TcoLamp+Tbuffer明顯減小，也即本發(fā)明的讀出電路信號(hào)傳輸速率比傳 統(tǒng)讀出電路有明顯提高。輸出總線123數(shù)據(jù)輸出先進(jìn)入第一級(jí)模擬輸出緩沖器124，通過(guò)采用預(yù)置總線結(jié) 構(gòu)，大大減少了第一級(jí)模擬輸出緩沖器124的數(shù)量，減小了芯片的面積，因此節(jié)約成本。為 了提高開(kāi)關(guān)速率，第一級(jí)模擬輸出緩沖器124的尺寸可以設(shè)計(jì)的較大。第一級(jí)模擬輸出緩沖器IM輸入級(jí)采用差分結(jié)構(gòu)，選擇適用于rail to rail信號(hào) 的NMOS和PMOS互補(bǔ)輸入級(jí)，本發(fā)明采用NMOS輸入和PMOS輸入，電路如圖6所示。采用差 動(dòng)工作對(duì)環(huán)境噪聲具有很強(qiáng)的抗干擾能力并且增大了最大電壓擺幅。當(dāng)然在其他實(shí)施例 中，根據(jù)動(dòng)態(tài)范圍的不同，輸入級(jí)可選擇適用于rail to rail信號(hào)的NMOS和PMOS互補(bǔ)輸 入級(jí)、適用于高電壓信號(hào)的單NMOS輸入級(jí)或適用于低電壓信號(hào)的單PMOS輸入級(jí)。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)12，奇數(shù)第一級(jí)模擬輸出緩沖器bufferl<0:2:4:68…14>連接第 二級(jí)模擬輸出緩沖器buffer2<l>，偶數(shù)第一級(jí)模擬輸出緩沖器bufferl<l:3:5:7:9...15> 連接另一個(gè)第二級(jí)模擬輸出緩沖器buffer2<0>。當(dāng)開(kāi)關(guān)125導(dǎo)通時(shí)，數(shù)據(jù)由第一級(jí)模擬輸 出緩沖器124向第二級(jí)模擬輸出緩沖器1 傳輸。如果每列數(shù)據(jù)到輸出節(jié)點(diǎn)OUT的輸出時(shí)間很短，這就增大了對(duì)模擬輸出緩沖器的 要求，并且模擬輸出緩沖器主要受限于第一級(jí)模擬輸出緩沖器對(duì)自身補(bǔ)償電容的充電，因 此將第二級(jí)模擬輸出緩沖器設(shè)成兩個(gè)。在本優(yōu)選實(shí)施例中，第二級(jí)模擬輸出緩沖器1 采用懸浮柵甲乙類輸出，電路如 圖7所示。輸出管M15、M16通過(guò)懸浮管M27、M28相連，懸浮管的偏置電壓分別由M21 M24和M17 M20組成的偏置電路提供，電路中場(chǎng)效應(yīng)管M17、M18、M23、M24、M25、M26、]\C9 和M30為電流源，其恒定偏置電壓pbias、pcas、ncas和nbias由電壓偏置模塊(圖中未示 出)提供。當(dāng)輸入電壓Vin增加時(shí)將導(dǎo)致懸浮管M28的源極電壓增加，進(jìn)而使其漏極電流 減小，由于總的懸浮管M27、iC8支路電流恒定，PMOS懸浮管M27的電流將增加，使得輸出管 M15的柵極電壓升高，從而輸出電壓Vout將減小，當(dāng)輸入電壓足夠大時(shí)，M15管將關(guān)閉，輸出 電流全由M16提供。反之，如果輸入電壓Vin減小，則輸出管M16將關(guān)閉，輸出電流由輸出 管M15提供。圖5所示優(yōu)選實(shí)施例中各開(kāi)關(guān)的時(shí)序波形如圖8所示，下面具體介紹積分器 ΙΝΤ<0>的輸出信號(hào)vo<0>和積分器INT<16>的輸出信號(hào)vo<16>的輸出過(guò)程首先開(kāi)關(guān) S0<0>選通，此時(shí)ΙΝΤ<0>向輸出總線BUS<0>充放電，選通時(shí)間為16個(gè)MC。在第15、16個(gè) MC時(shí)，開(kāi)關(guān)S1<0>選通，第一級(jí)模擬輸出緩沖器bufferKO〉連通到第二級(jí)模擬輸出緩沖器 buffer2<0>,在這2個(gè)MC中實(shí)現(xiàn)對(duì)緩沖器自身補(bǔ)償電容充電。在第16個(gè)MC時(shí)，開(kāi)關(guān)S2<0> 選通，第二級(jí)模擬輸出緩沖器buffer2<0>連通到輸出節(jié)點(diǎn)OUT，在這1個(gè)MC中將信號(hào)vo<0> 輸出到PAD上。在這個(gè)過(guò)程中積分器ΙΝΤ<0>對(duì)輸出總線BUS<0>和第一級(jí)模擬輸出緩沖器 bufferl<0>的信號(hào)建立時(shí)間為16個(gè)MC，大大減小了對(duì)積分器的功耗要求。開(kāi)關(guān)S0<0>選 通的16個(gè)MC結(jié)束后，開(kāi)關(guān)S0<16>選通，輸出過(guò)程同上面所述過(guò)程相同。開(kāi)關(guān)S0<1>在開(kāi) 關(guān)S0<0>選通后1個(gè)MC后選通16個(gè)MC，最后通過(guò)開(kāi)關(guān)S0<1>、開(kāi)關(guān)S1<1>和開(kāi)關(guān)S2<1>輸 出信號(hào)到輸出節(jié)點(diǎn)0UT，輸出過(guò)程也同上面所述相同。為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明還提供了一種紅外焦平面陣列的優(yōu)選實(shí)施例，其包括紅外探測(cè)器陣列和紅外焦平面陣列讀出電路，紅外焦平面陣列讀出電路耦接于 紅外探測(cè)器陣列以對(duì)其探測(cè)的微弱熱輻射信號(hào)進(jìn)行處理和輸出，紅外焦平面陣列讀出電路 為上述紅外焦平面陣列讀出電路之一。綜上所述，本發(fā)明通過(guò)采用預(yù)置總線及兩級(jí)模擬輸出緩沖器結(jié)構(gòu)，利用低功耗、低 復(fù)雜度的芯片結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高工作性能，可以滿足紅外焦平面陣列組件規(guī)模的不斷擴(kuò)大的需要。由技術(shù)常識(shí)可知，本發(fā)明可以通過(guò)其它的不脫離其精神實(shí)質(zhì)或必要特征的實(shí)施方 案來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，上述公開(kāi)的實(shí)施方案，就各方面而言，都只是舉例說(shuō)明，并不是僅有的。所 有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
權(quán)利要求
1.一種紅外焦平面陣列讀出電路，包括輸出節(jié)點(diǎn)、N+1個(gè)放大器、N+1個(gè)第一級(jí)開(kāi)關(guān)和 列控制信號(hào)產(chǎn)生邏輯，其特征在于，還包括M+1個(gè)輸出總線、M+1個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器， 所述N+1個(gè)放大器均分為M+1組，每組放大器之一分別通過(guò)一個(gè)所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)連接于每 一輸出總線，所述M+1個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器的輸入端分別連接于所述M+1個(gè)輸出總線， 所述M+1個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器的輸出端分別通過(guò)一第二級(jí)開(kāi)關(guān)和所述輸出節(jié)點(diǎn)連接；其中，所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)、第二級(jí)開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)由所述列控制信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生，且M、 N為自然數(shù)，N+1是M+1的整數(shù)倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外焦平面陣列讀出電路，其特征在于，所述N+1個(gè)放大器的 輸入端和反相輸入端之間分別連接一電容組成N+1個(gè)積分器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外焦平面陣列讀出電路，其特征在于，在所述輸出節(jié)點(diǎn)和 第二級(jí)開(kāi)關(guān)之間還連接有P+1個(gè)第二級(jí)模擬輸出緩沖器和P+1個(gè)第三級(jí)開(kāi)關(guān)，P為自然數(shù)；其中，耦接于同一個(gè)所述輸出總線的第二級(jí)開(kāi)關(guān)分為一組，所述M+1個(gè)第二級(jí)開(kāi)關(guān)均 分為P+1組，每一組第二級(jí)開(kāi)關(guān)連接于同一所述第二級(jí)模擬輸出緩沖器的輸入端，所述第 二模擬輸出緩沖器的輸出端分別通過(guò)一個(gè)所述第三級(jí)開(kāi)關(guān)和所述輸出節(jié)點(diǎn)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外焦平面陣列讀出電路，其特征在于，所述第一級(jí)模擬輸 出緩沖器輸入級(jí)為軌對(duì)軌的NMOS、PMOS互補(bǔ)的差分輸入級(jí)、單NMOS輸入級(jí)或單PMOS輸入 級(jí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外焦平面陣列讀出電路，其特征在于，所述第二級(jí)模擬輸 出緩沖器輸出級(jí)為懸浮柵甲乙類輸出級(jí)結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外焦平面陣列讀出電路，其特征在于，其特征在于，所述第 二級(jí)模擬輸出緩沖器的輸入端和輸出端之間還分別連接一補(bǔ)償電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外焦平面陣列讀出電路，其特征在于，所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)和 第二級(jí)開(kāi)關(guān)由互補(bǔ)MOS管構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外焦平面陣列讀出電路，其特征在于，所述第三級(jí)開(kāi)關(guān)由 互補(bǔ)MOS管構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外焦平面陣列讀出電路，其特征在于，所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)、第 二級(jí)開(kāi)關(guān)、第三級(jí)開(kāi)關(guān)均為控制信號(hào)高電平時(shí)導(dǎo)通，其時(shí)序?yàn)榈谝患?jí)開(kāi)關(guān)為Q個(gè)MC的導(dǎo)通脈沖，Q ( M+1，第一級(jí)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通脈沖依次延遲一個(gè)MC 出現(xiàn)；第二級(jí)開(kāi)關(guān)為R個(gè)MC的導(dǎo)通脈沖，R彡P(guān)+1，第一個(gè)第二級(jí)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通脈沖出現(xiàn)在第一 個(gè)第一級(jí)開(kāi)關(guān)的Q個(gè)MC導(dǎo)通電平的最后R個(gè)MC，第二級(jí)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通脈沖依次延遲一個(gè)MC 出現(xiàn)；第三級(jí)開(kāi)關(guān)高電平為一個(gè)MC，周期為P+1個(gè)MC，第一個(gè)第三級(jí)開(kāi)關(guān)的高電平出現(xiàn)在第 一個(gè)第二級(jí)開(kāi)關(guān)的R個(gè)MC導(dǎo)通電平的最后一個(gè)MC，第三級(jí)開(kāi)關(guān)的高電平脈沖依次延遲一個(gè) MC出現(xiàn)；第一級(jí)開(kāi)關(guān)、第二級(jí)開(kāi)關(guān)、第三級(jí)開(kāi)關(guān)同時(shí)為高電平時(shí)，第一級(jí)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的那列信號(hào)輸 出到輸出節(jié)點(diǎn)，Q、R為自然數(shù)。
10.一種紅外焦平面陣列，包括紅外探測(cè)器陣列和紅外焦平面陣列讀出電路，所述紅外 焦平面陣列讀出電路耦接于所述紅外探測(cè)器陣列以對(duì)其探測(cè)的微弱熱輻射信號(hào)進(jìn)行處理和輸出，其特征在于，所述紅外焦平面陣列讀出電路為權(quán)利要求1-9任一所述的紅外焦平 面陣列讀出電路。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種紅外焦平面陣列及其讀出電路，該讀出電路包括輸出節(jié)點(diǎn)、N+1個(gè)放大器、N+1個(gè)第一級(jí)開(kāi)關(guān)和列控制信號(hào)產(chǎn)生邏輯，其中，還包括M+1個(gè)輸出總線、M+1個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器，所述N+1個(gè)放大器均分為M+1組，每組放大器之一分別通過(guò)一個(gè)所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)連接于每一輸出總線，所述M+1個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器的輸入端分別連接于所述M+1個(gè)輸出總線，所述M+1個(gè)第一級(jí)模擬輸出緩沖器的輸出端分別通過(guò)一第二級(jí)開(kāi)關(guān)和所述輸出節(jié)點(diǎn)連接；所述第一級(jí)開(kāi)關(guān)、第二級(jí)開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)由所述列控制信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生，且M、N為自然數(shù)，N+1是M+1的整數(shù)倍。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)模擬電壓高速、精確地輸出到片外，并具有較低的功耗。
文檔編號(hào)G01J5/02GK102095501SQ20101057040
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者劉俊, 雷述宇 申請(qǐng)人:北京廣微積電科技有限公司