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专利名称：高灵敏度读出电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于红外探测器信号读出应用领域，具体涉及一种两行像元同时读出
与两行像元同时积分的新型高灵敏度读出电路。
背景技术：
随着科学技术水平的不断进步，集成电路设计与制造技术都得到了较快的发展，这为红外读出电路技术的进一步发展提供了保障。随着红外探测器在军事与民用领域应用的不断深入，人们对红外探测器在性能上的要求也越来越高。主要表现在更低的噪声、更高的灵敏度、更快的响应速度以及更加丰富的功能等。 目前所使用的红外探测器主要是制冷型与非制冷型焦平面探测器。制冷型焦平面探测器的积分方式是整个面阵同时积分，然后再输出，因此制冷型焦平面探测器的积分时间较长，灵敏度与信噪比较高；非制冷型焦平面探测器的积分方式是逐行积分，具体来说就是读出一行，积分一行，因此非制冷探测器的积分时间较短，通常只有几十个微妙，这是非制冷焦平面探测器的性能逊于制冷型焦平面探测器的原因之一。 国内外许多国家都在致力于红外探测器读出电路的研究，国际上如美国的Raytheon公司、DRS公司、Flir-Indigo系统公司、日本的NEC以及以色列的SCD公司、法国的ULIS公司等。国内如昆明211所、上海技术物理研究所、重庆大学、清华大学、电子科技
大学等。 目前最常用的非制冷焦平面探测器的积分方式是逐行积分，此种读出方式使得单个像元的积分时间较短，读出效率较低，灵敏度不高，信噪比较低，进而导致非制冷探测器的噪声等效温差(NETD)值较大。

发明内容本实用新型为了克服上述现有技术存在的问题及缺点，进一步增加了非制冷红外焦平面探测器的积分时间，提高非制冷红外焦平面探测器的读出效率，探测灵敏度与信噪比等，而提供一种新型高灵敏度读出电路，实现焦平面探测器信号两行同时进行积分，两行同时进行信号读出。此种积分方式使得单个像元的积分时间为逐行读出方式的2倍，NETD
为原来的1/V^倍，灵敏度为原来的V^倍，读出效率为原来的2倍。 本实用新型是这样实现的高灵敏度读出电路，由NXM个行选通开关(R) 、NXM个探测器敏感单元、一个行移位寄存器、一个列移位寄存器、2M个列选通开关(C0L)、2M个参考探测器、2M个积分放大电路、2M个采样保持电路、2M个缓存器、一个多路选择器组成，其特征在于每个参考探测器经一个M0S管依次与一个积分放大电路、一个采样保持电路、一个缓存器连接，每个缓存器与一个列选通开关相连，列移位寄存器分别与2M个列选通开关相连，列选通开关由列移位寄存器控制；每个探测器敏感单元分别连接1个行选通开关，行移位寄存器分别与NXM个行选通开关相连，控制探测器敏感单元的选通；每个行选通开关分别与依次与一个积分放大电路、一个采样保持电路、一个缓存器连接，2M个列选通开关与多路选择器连接，多路选择器输出模拟信号。列移位寄存器实现对列选通开关的控制，列移
位寄存器信号输出至多路选择器，由多路选择器控制输出，行移位寄存器实现对行选通开
关的控制，行移位寄存器信号输出至多路选择器，由多路选择器控制输出。 解码电路同时选中整个像素阵列中的2行，然后对这2行信号同时进行积分、采样
和保持，两行像素信号同时进行积分、采样和保持，具有更长的积分时间、更高的灵敏度、更小的NETD以及更高的读出效率。 本实用新型是同时选中整个像素阵列中的2行，2行像素的信号同时输出，然后对2行像素的信号同时进行积分、采样和保持等。 2行像素的同时选通可以通过图1中的方式来实现，两行信号的同时积分、采样和保持可以通过增加积分放大电路、采样保持电路、参考探测器来实现。 本实用新型通过在读出电路上改进解码电路，增加积分放大电路、采样保持电路、参考探测器来实现红外信号的2行读出、2行积分、采样和保持等。这样可以将红外探测器的灵敏度及读出效率提高到更高的水平。

图1为本实用新型的红外信号读出电路示意图；[0013] 图2为本实用新型各控制信号的波形图。
具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步的描述。 本实用新型采用2行同时读出模式，对于M(列)XN(行)阵列，电路结构如图1所示。 如图1所示，图中Rl. . . RN/2分别表示行选通开关；VGFID、 GSK是开关电压；VDET为探测器偏置电压；A为放大器；B为缓存器，C0L1. . . C0L2M分别表示列选通开关。[0017] 其中的行选通信号R1，R2，. . . R(N/2)由行移位寄存器给出。Ri同时控制2i_l和2i行。当这两行被选通后，其第j列分别送到2j-l和2j积分放大电路进行积分，因此，需要2M个积分放大电路。 积分得到的信号经过采样/保持，MUX多路选择以后，送往ADC(模数转换器)进行转换。多路选择器MUX的宽度应为2M。 其中列选通信号由列移位寄存器输出。当C0Li有效时，第i路信号经过MUX送到ADC(模数转换器)进行转换。 各控制信号的波形如图2所示。行选通信号R0、R1......R(N/2)依次有效的时间
为2M CLK。 INT信号在Ri为高电平期间有效，允许对信号进行积分，但其有效时间比Ri的短，最大可达到2M CLK。因此在一定的帧频情况下，对于单场信号，相比于逐行积分模式，这个模式可以把读出时间增加一倍，从而降低噪声，减小NETD，代价是增加了一倍的积分放大电路。在对2i-l和2i行进行读出时，2M个列选通信号C0L1，C0L2，. . . C0L2M依次有效，持续时间为1CLK，将采样保持的信号读出。 本实用新型是同时选中整个像素阵列中的2行，2行像素的信号同时输出，然后对2行像素的信号同时进行积分、采样和保持等。
4[0022] 多行像素的同时选通可以通过改变解码电路来实现，如图1中所示，多行信号的 同时积分、采样和保持等可以通过增加积分放大电路、采样保持电路、参考探测器来实现。 本实用新型通过在读出电路上改变解码电路，如图1中所示，增加积分放大电路、 采样保持电路、参考探测器来实现红外信号的多行读出、多行积分、采样和保持等。这样可 以将红外探测器的灵敏度及读出效率提高到更高的水平。
权利要求高灵敏度读出电路，由N×M个行选通开关、N×M个探测器敏感单元、一个行移位寄存器、一个列移位寄存器、2M个列选通开关、2M个参考探测器、2M个积分放大电路、2M个采样保持电路、2M个缓存器、一个多路选择器组成，其特征在于每个参考探测器经一个MOS管依次与一个积分电路、一个采样保持电路、一个缓存器连接，每个缓存器与一个列选通开关相连，列移位寄存器分别与2M个列选通开关相连，列选通开关由列移位寄存器控制；每个探测器敏感单元分别连接1个行选通开关，行移位寄存器分别与N×M个行选通开关相连，控制探测器敏感单元的选通；每个行选通开关分别与依次与一个积分放大电路、一个采样保持电路、一个缓存器连接，2M个列选通开关与多路选择器连接，多路选择器输出模拟信号。
专利摘要本实用新型涉及高灵敏度读出电路，连接方式如下每个参考探测器经一个MOS管依次与一个积分放大电路、一个采样保持电路、一个缓存器连接，每个缓存器与一个列选通开关相连，列移位寄存器分别与2M个列选通开关相连，列选通开关由列移位寄存器控制；每个探测器敏感单元分别连接1个行选通开关，行移位寄存器分别与N×M个行选通开关相连，控制探测器敏感单元的选通；每个行选通开关分别与依次与一个积分放大电路、一个采样保持电路、一个缓存器连接，2M个列选通开关与多路选择器连接，多路选择器输出模拟信号。本实用新型实现红外信号的2行读出、2行积分、采样和保持等，这样可以将红外探测器的灵敏度及读出效率提高到更高的水平。
文档编号G01J5/10GK201497578SQ20092022741
公开日2010年6月2日 申请日期2009年8月13日 优先权日2009年8月13日
发明者黄立 申请人:武汉高德红外股份有限公司