本發(fā)明涉及紅外焦平面讀出電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于紅外焦平面陣列讀出電路的N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其紅外焦平面陣列讀出電路。

背景技術(shù)：
紅外焦平面陣列是獲取景物紅外光輻射信息的重要光電器件。微測輻射熱計探測器是應(yīng)用最廣泛的一種紅外焦平面陣列，它是一種熱敏電阻性探測器。微測輻射熱計焦平面陣列是利用微機(jī)械加工技術(shù)在硅讀出電路上制作絕熱結(jié)構(gòu)，并在其上面形成作為探測器單元的微測輻射熱計，從而實(shí)現(xiàn)單片結(jié)構(gòu)。以微測輻射熱計焦平面陣列為核心制作的非制冷紅外成像系統(tǒng)與制冷紅外成像系統(tǒng)相比具有體積小、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，并且使系統(tǒng)的性能價格比大幅度提高，極大地促進(jìn)了紅外成像系統(tǒng)在許多領(lǐng)域中的應(yīng)用。讀出電路是一種專用的數(shù)?；旌闲盘柤商幚黼娐罚谧x出集成電路(ROIC)出現(xiàn)以前，前置放大器的混合電路是由分立的電阻、電容和晶體管組成。諸如光伏型的、非本征硅的、鉑硅的和許多光電導(dǎo)型的高阻抗探測器對電磁干擾(EMI)非常敏感，要求放在非常接近前置放大器的地方以減少EMI的影響。使用分立元件要求大量的面積，并且在一個給定的光學(xué)視場中對實(shí)現(xiàn)的通道數(shù)目提出了苛刻的限制。讀出集成電路幫助減少了EMI問題。讀出集成電路(ROIC)方法還提供探測器熱學(xué)/機(jī)械接口、信號處理和包括像電荷轉(zhuǎn)換和增益、頻帶限制以及多路轉(zhuǎn)換和輸出驅(qū)動的功能。隨著集成電路工藝和技術(shù)的發(fā)展，尤其是MOS集成制造技術(shù)和工藝的成熟，使ROIC得到了迅猛的發(fā)展。讀出電路的功能是提取探測器熱敏材料的電阻變化，轉(zhuǎn)換成電信號并進(jìn)行前置處理(如積分、放大、濾波和采樣/保持等)及信號的并/串行轉(zhuǎn)換。隨著CMOS工藝的不斷成熟、完善和發(fā)展，CMOS讀出電路因其眾多的優(yōu)點(diǎn)而成為當(dāng)今讀出電路的主要發(fā)展方向。讀出電路中對數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度要求高，但所需電壓大小集中。傳統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器是等間距的，其精度越小，所需要的比特數(shù)越大。比特數(shù)越大，MOS管的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗越大，誤差也就越大。且只取某一集中的小范圍的電壓，會造成比特數(shù)以及其他電壓的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的之一是提供一種精度和范圍可調(diào)的N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其紅外焦平面陣列讀出電路。本發(fā)明公開的技術(shù)方案包括：提供了一種N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括：M比特可控分壓電路，所述M比特可控分壓電路包括：第一選通電路，所述第一選通電路用于從2M條通路中選通一條通路；第二選通電路，所述第二選通電路用于從2M條通路中選通一條通路；所述第一選通電路的輸出端和所述第二選通電路的輸出端之間串聯(lián)至少2K+2M-1個等值電阻；所述M比特可控分壓電路包括2K+2M-1個輸出端，其中每個所述等值電阻的一端是所述M比特可控分壓電路的一個輸出端；其中N為所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，M為小于N的自然數(shù)，K=N-M；N比特開關(guān)電路，所述N比特開關(guān)電路包括：至少一個K比特子數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述K比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括2K個輸入端；至少2K個M比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每個所述M比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括至少2M個輸入端；每個所述M比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端分別連接到所述K比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一個輸入端；其中，第i個所述M比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第j個輸入端連接到所述M比特可控分壓電路的第i+j個輸出端，其中i為整數(shù)，j為整數(shù)，且0≤i≤2K-1，0≤j≤2M-1。進(jìn)一步地，所述第一選通電路包括2M條通路和M個控制輸入端，所述2M條通路并聯(lián)連接到所述第一選通電路的輸出端，所述2M條通路中的每條通路包括串聯(lián)的M個控制開關(guān)和至少一個通路電阻，并且所述至少一個通路電阻與所述M個控制開關(guān)串聯(lián)，所述M個控制開關(guān)的控制端分別連接到所述M個控制輸入端。進(jìn)一步地，所述第二選通電路包括2M條通路和M個控制輸入端，所述2M條通路并聯(lián)連接到所述第一選通電路的輸出端，所述2M條通路中的每條通路包括串聯(lián)的M個控制開關(guān)和至少一個通路電阻，并且所述至少一個通路電阻與所述M個控制開關(guān)串聯(lián)，所述M個控制開關(guān)的控制端分別連接到所述M個控制輸入端。進(jìn)一步地，所述第一選通電路的輸出端和所述2K+2M-1個等值電阻之間串聯(lián)第一連接電阻。進(jìn)一步地，所述第二選通電路的輸出端和所述2K+2M-1個等值電阻之間串聯(lián)第二連接電阻。本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種紅外焦平面陣列讀出電路，其特征在于：包括前述的任意一種N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的實(shí)施例的N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，可以通過M位二進(jìn)制代碼控制2M個精度和范圍不同的電壓區(qū)域，使得整個N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度和范圍可以調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)在一定的動態(tài)范圍中適當(dāng)?shù)母淖兙?；通過有效利用N比特中的M個比特調(diào)節(jié)精度及范圍，節(jié)約了比特數(shù)；本發(fā)明實(shí)施例中電壓范圍和精度的改變，可以隨著電路需求，通過改變每條支路中的電阻阻值以及選取合適的M和K值實(shí)現(xiàn)，適用范圍廣。附圖說明圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例的N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例的5位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例的N比特開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明一個實(shí)施例的N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度調(diào)節(jié)的示意圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例的N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其紅外焦平面陣列讀出電路。圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例的N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)施例中，一種N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以包括M比特可控分壓電路和N比特開關(guān)電路。本文中，這里的“N”是指本發(fā)明的實(shí)施例的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，“M”是小于N的自然數(shù)。如圖1所示，M比特可控分壓電路可以包括第一選通電路和第二選通電路。其中第一選通電路用于從2M條通路（例如，圖1中的R0、R1、……R2M-2、R2M-1）中選通一條通路，第二選通電路也用于從2M條通路（例如，圖1中的r0、r1、……r2M-2、r2M-1）中選通一條通路。本發(fā)明的實(shí)施例中，第一選通電路可以包括2M條通路（例如，圖1中的R0、R1、……R2M-2、R2M-1）和M個控制輸入端（例如，圖1中的a<M-1:0>），2M條通路并聯(lián)連接到第一選通電路的輸出端A0，2M條通路中的每條通路包括串聯(lián)的M個控制開關(guān)和至少一個通路電阻，并且該至少一個通路電阻與M個控制開關(guān)串聯(lián)，也就是說該至少一個通路電阻和M個控制開關(guān)都串聯(lián)連接。每條通路的M個控制開關(guān)的控制端分別一一對應(yīng)連接到第一選通電路的M個控制輸入端。本發(fā)明的實(shí)施例中，第一選通電路中的M個控制開關(guān)可以是任何可控的開關(guān)元件，例如MOS管。本發(fā)明的實(shí)施例中，通過控制第一選通電路的M個控制輸入端的輸入（例如，圖1中的a<M-1:0>），可以從該2M條通路中選通特定的一條通路。本發(fā)明的實(shí)施例中，類似地，第二選通電路也可以包括2M條通路（例如，圖1中的r0、r1、……r2M-2、r2M-1）和M個控制輸入端（例如，圖1中的a<M-1:0>），2M條通路并聯(lián)連接到第二選通電路的輸出端B0，2M條通路中的每條通路也包括串聯(lián)的M個控制開關(guān)和至少一個通路電阻，并且該至少一個通路電阻與M個控制開關(guān)串聯(lián)，也就是說該至少一個通路電阻和M個控制開關(guān)都串聯(lián)連接。每條通路的M個控制開關(guān)的控制端分別一一對應(yīng)連接到第二選通電路的M個控制輸入端。本發(fā)明的實(shí)施例中，第二選通電路中的M個控制開關(guān)也可以是任何可控的開關(guān)元件，例如MOS管。本發(fā)明的實(shí)施例中，通過控制第二選通電路的M個控制輸入端的輸入（例如，圖1中的a<M-1:0>），可以從該2M條通路中選通特定的一條通路。本發(fā)明的實(shí)施例中，第一選通電路的輸出端A0和第二選通電路的輸出端B0之間串聯(lián)至少2K+2M-1個等值電阻。這里，K=N-M。這里，M比特可控分壓電路可以包括2K+2M-1個輸出端，其中每個前述的等值電阻的一端是該M比特可控分壓電路的一個輸出端。這樣，在每個等值電阻的一端處即可產(chǎn)生分壓，由此，該M比特可控分壓電路的即可產(chǎn)生2K+2M-1個分壓。在圖1中，該M比特可控分壓電路產(chǎn)生的2K+2M-1個分壓即為V<0>、V<1>、……、V<2M+2K-2>。本文中，，該M比特可控分壓電路2K+2M-1個輸出端按照順序編號，從0開始，依次編號為0、1、2、……、直至2M+2K–2。本文中，也可以用分壓即V<0>、V<1>、……、V<2M+2K-2>來表示該M比特可控分壓電路的輸出端。本發(fā)明的實(shí)施例中，第一選通電路的輸出端A0和2K+2M-1個等值電阻之間可以串聯(lián)第一連接電阻RP。第二選通電路的輸出端B0和2K+2M-1個等值電阻之間可以串聯(lián)第二連接電阻RQ。如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施例中，N比特開關(guān)電路可以包括至少一個K比特子數(shù)模轉(zhuǎn)換器和至少2K個M比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中K比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括2K個輸入端；每個M比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括至少2M個輸入端；每個M比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端分別連接到K比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一個輸入端，即，2K個M比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的2K個輸出端與該K比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的2K個輸入端一一對應(yīng)連接。本文中，每個M比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的2M個輸入端按順序編號，從0開始，依次編號為0、1、2、……、直至2M–1。由此，本發(fā)明的實(shí)施例中，第i個M比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第j個輸入端連接到M比特可控分壓電路的第i+j個輸出端，其中i為整數(shù)，j為整數(shù)，且0≤i≤2K-1，0≤j≤2M-1。例如，第0個M比特子模數(shù)轉(zhuǎn)換器的第0輸入端至第2M-1輸入端分別依次連接到M比特可控分壓電路的輸出端V<0>至V<2M-1>；第2K-1個M比特子數(shù)模轉(zhuǎn)換器的第0輸入端至第2M-1輸入端分別依次連接到M比特可控分壓電路的輸出端V<2K-1>至V<2M+2K-2>；等等。本發(fā)明的實(shí)施例中，前述的N、M的值以及第一連接電阻RP、第二連接電阻RQ、各選通電路中的通路電阻和兩個選通電路之間串聯(lián)的等值電阻等等電阻的阻值均可以根據(jù)實(shí)際情況而靈活選擇。下面以一個具體的實(shí)例為例進(jìn)行說明。例如，當(dāng)N=5、M=2、K=3時，則2K=23=8；2M=22=4；2M-1=22-1=3；2K+2M-1=23+22-1=11；2K+2M-2=23+22-2=10。因此獲得一種5位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，包括一個2比特可控分壓電路和一個5比特MOS管開關(guān)電路，如圖2所示。2比特可控分壓電路中，4選一電路A（第一選通電路）、B（第二選通電路）由2位二進(jìn)制碼（a0、a1）控制。在此以由MOS管構(gòu)成的4選一電路為例，情況如下：4選一電路A（第一選通電路），2位二進(jìn)制碼分別控制兩個串聯(lián)的PMOS管，并連接一電阻構(gòu)成一條通路，2位二進(jìn)制碼的四種組合分別組成四條這樣的通路；這些通路相互并聯(lián)連接到A0點(diǎn)，其中串接的通路電阻阻值的大小可以是隨著二進(jìn)制碼的增大而減小，即R3>R2>R1>R0。4選一電路B（第二選通電路），由2位二進(jìn)制碼控制的2個串聯(lián)的NMOS管也構(gòu)成4條串接一半導(dǎo)體電阻的通路，連接在B0點(diǎn)，其中串接的通路電阻阻值的大小可以是隨著二進(jìn)制碼的增大而增大，即r3>r2>r1>r0。A0點(diǎn)處連接電阻RP，B0點(diǎn)處連接電阻RQ，RP、RQ的值根據(jù)實(shí)際需求的大致范圍確定，例如，需要的電壓上限很小，那么RP的值需要很大。電阻RP、RQ的另一端分別連接A、B兩點(diǎn)，這兩點(diǎn)之間連接10個等值電阻，將A、B兩點(diǎn)之間的電壓分成11個等差分壓，分別用V<0>至V<10>表示。5比特MOS管開關(guān)電路包括8個精度為2比特的子DAC和1個精度為3比特的子DAC，其中2比特的子DAC由控制2比特可控分壓電路的二進(jìn)制代碼控制。2比特可控分壓電路產(chǎn)生的11個等差分壓，按相鄰4個為一組，依次分成8組輸入到8個精度為2比特的子DAC中。連接方法為：第i個M比特的子DAC的第j輸入端輸入電壓V（i+j），其中，0≤i≤7，0≤j≤3。例如，第2個M比特的子DAC的第3輸入端的電壓為V（2+3）=V（5）。具體連接方式如圖3所示（其中虛線框內(nèi)為8個2比特的子DAC，其余部分為一個3比特的子DAC）。下面結(jié)合圖2和圖3具體分析如何使精度和范圍可調(diào)：如圖2所示，2比特可控分壓電路中，二進(jìn)制碼a1a0的4種組合分別為a1a0、a1a0b、a1ba0、a1ba0b。這里，a0b是指a0的反碼，a1b是指a1的反碼。由于PMOS開關(guān)的柵極接低電平時，PMOS管導(dǎo)通；NMOS開關(guān)的柵極接高電平時，NMOS管導(dǎo)通。確定2位二進(jìn)制碼后，4條并聯(lián)支路中有且僅有一條導(dǎo)通，其中控制2個PMOS管的二進(jìn)制碼是控制2個NMOS管的二進(jìn)制碼的反碼。因此，當(dāng)a1a0=00時，a1a0=00，a1ba0b=11；2比特可控分壓電路的第1條通路導(dǎo)通，如圖2所示。同時如圖3中虛線框內(nèi)部分所示，輸入到第0個2比特子DAC的四個電壓中，V<0>導(dǎo)通；第1個2比特子DAC：V<1>導(dǎo)通；第2個2比特子DAC：V<2>導(dǎo)通；第3個2比特子DAC：V<3>導(dǎo)通；第4個2比特子DAC：V<4>導(dǎo)通；第5個2比特子DAC：V<5>導(dǎo)通；第6個2比特子DAC：V<6>導(dǎo)通；第7個2比特子DAC：V<7>導(dǎo)通。精度為3比特的子DAC的輸入IN<0>至IN<7>依次為V<0>至V<7>，最終輸出由高位二進(jìn)制代碼a4a3a2確定。至此，可以得到，二進(jìn)制代碼a1a0=00時，3比特子DAC的輸入范圍為V<0>至V<7>。同理，a1a0=01時，3比特子DAC的輸入范圍為V<1>至V<8>；a1a0=10時，3比特子DAC的輸入范圍為V<2>至V<9>；a1a0=11時，3比特子DAC的輸入范圍為V<3>至V<10>。所以，通過調(diào)節(jié)5位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最低兩位，可以調(diào)節(jié)電壓范圍。5位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度，與2比特可控分壓電路中PMOS管和NMOS管相串接的電阻大小有關(guān)。其中，電阻R3>R2>R1>R0，r3>r2>r1>r0。加在第1條通路中的電阻為R3、r3，那么4條通路中電流I4>I3>I2>I1。10個分壓電阻阻值相等，因此4條通路的精度依次增大，第1條通路的精度最小，第4條通路的精度最大。如此，便通過調(diào)節(jié)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最低兩位，以選個相應(yīng)阻值的電阻，改變通路電流，從而實(shí)現(xiàn)了精度可調(diào)。綜合起來，二進(jìn)制代碼a1a0=00時，3比特子DAC的輸入范圍為V<0>至V<7>，精度最小；a1a0=01時，3比特子DAC的輸入范圍為V<1>至V<8>，精度較小；a1a0=10時，3比特子DAC的輸入范圍為V<2>至V<9>，精度較大；a1a0=11時，3比特子DAC的輸入范圍為V<3>至V<10>，精度最大。示意圖如圖4所示。因此，通過調(diào)節(jié)5位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最低兩位，可以調(diào)節(jié)電壓范圍以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度。當(dāng)5比特DAC中的最低兩位確定時，依然還有8個電壓可供選擇。中間電壓V<3>至V<7>出現(xiàn)的概率較大。與需要得到相對集中的電壓的目的相吻合。上文中參考附圖對本發(fā)明的實(shí)施例的N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了詳細(xì)的說明。本發(fā)明另外的實(shí)施例中，還可以包括紅外焦平面陣列讀出電路，該紅外焦平面陣列讀出電路中可以包括前述的任一個實(shí)施例中的N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。該紅外焦平面陣列讀出電路的其他結(jié)構(gòu)可以與常用的紅外焦平面陣列讀出電路相同，在此不再詳述。本發(fā)明的實(shí)施例的N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，可以通過M位二進(jìn)制代碼控制2M個精度和范圍不同的電壓區(qū)域，使得整個N位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度和范圍可以調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)在一定的動態(tài)范圍中適當(dāng)?shù)母淖兙?；通過有效利用N比特中的M個比特調(diào)節(jié)精度及范圍，節(jié)約了比特數(shù)；本發(fā)明實(shí)施例中電壓范圍和精度的改變，可以隨著電路需求，通過改變每條支路中的電阻阻值以及選取合適的M和K值實(shí)現(xiàn)，適用范圍廣。以上通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于這些具體的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，還可以對本發(fā)明做各種修改、等同替換、變化等等，這些變換只要未背離本發(fā)明的精神，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，以上多處所述的“一個實(shí)施例”表示不同的實(shí)施例，當(dāng)然也可以將其全部或部分結(jié)合在一個實(shí)施例中。