專利名稱：一種紅外焦平面讀出電路及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子和光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紅外成像系統(tǒng)的紅外焦平面 讀出電路及其方法。
背景技術(shù)：
紅外熱成像技術(shù)是當(dāng)今世界各國(guó)高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)。非制冷紅外熱成像系統(tǒng) 具有價(jià)格低、體積小、重量輕、功耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在軍事，工業(yè)和民用等諸多領(lǐng)域得 到廣泛的應(yīng)用。紅外焦平面讀出電路(ROIC)是非制冷紅外熱成像系統(tǒng)的核心部件之一，用于進(jìn) 行紅外探測(cè)器焦平面信號(hào)的轉(zhuǎn)換、放大以及多路傳輸?shù)?。ROIC包括像素單元電路、列讀出級(jí) 電路、行選控制電路、列選控制電路、輸出緩沖級(jí)、時(shí)序控制電路和偏置電路等部分。像素單 元電路在行選信號(hào)控制下逐行將像素單元與列讀出級(jí)電路連接，列讀出級(jí)電路通過(guò)積分、 采樣和保持讀取每行像素單元信號(hào)，并在列選信號(hào)控制下將保持的各像素單元信號(hào)依次通 過(guò)輸出緩沖級(jí)串行輸出。ROIC的信號(hào)輸出頻率由系統(tǒng)主時(shí)鐘頻率決定，根據(jù)焦平面陣列和 所需的幀頻選擇主時(shí)鐘頻率，通常陣列越大、幀頻越高，要求的主時(shí)鐘頻率就越高，信號(hào)輸 出頻率也就越高。幀頻的大小由硬件環(huán)境和紅外成像系統(tǒng)的視頻圖像制式?jīng)Q定，例如對(duì)美 國(guó)標(biāo)準(zhǔn)制式典型的幀頻為30Hz或60Hz，對(duì)歐洲標(biāo)準(zhǔn)制式典型的幀頻為25Hz或50Hz。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及軍事和民用等領(lǐng)域的要求，紅外焦平面探測(cè)器的分辨率 在不斷增大，像素陣列從160 X 120、320 X 240，擴(kuò)大到640 X 480，并在研發(fā)更高分辨率的紅 外焦平面探測(cè)器。分辨率越高，陣列越大，要求的信號(hào)輸出頻率也就越高，從而帶來(lái)了信號(hào) 輸出頻率與輸出緩沖級(jí)的匹配問(wèn)題。輸出緩沖級(jí)是模擬數(shù)據(jù)采集電路的重要組成部分，通常由運(yùn)算放大器構(gòu)成，受到 建立時(shí)間特性的限制。建立時(shí)間指輸出緩沖級(jí)受到小信號(hào)激勵(lì)時(shí)，輸出達(dá)到預(yù)定容差范圍 內(nèi)所需的時(shí)間。若信號(hào)輸出頻率過(guò)高，從一個(gè)數(shù)據(jù)輸入到對(duì)數(shù)據(jù)輸出采樣的時(shí)間小于建立 時(shí)間，則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真。因此，需要解決高分辨率的紅外焦平面探測(cè)器在不同幀頻的要求 下，信號(hào)輸出頻率與輸出緩沖級(jí)的匹配問(wèn)題。一種方法是使用兩個(gè)或多個(gè)輸出緩沖級(jí)同時(shí) 輸出列讀出級(jí)電路保持的兩列或多列像素單元信號(hào)，從而降低每個(gè)輸出緩沖級(jí)的信號(hào)輸出 頻率，使數(shù)據(jù)輸入到對(duì)數(shù)據(jù)輸出采樣的時(shí)間達(dá)到建立時(shí)間以上。然而，由于工藝失配等原 因，實(shí)際的兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的輸出緩沖級(jí)其失調(diào)等特性存在差異，導(dǎo)致同樣大小的信號(hào)，經(jīng)過(guò) 不同的輸出緩沖級(jí)，其輸出信號(hào)大小不同，這在紅外成像中表現(xiàn)為一種固定圖形噪聲，這種 固定圖形噪聲是不期望出現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是如何提供一種紅外焦平面讀出電路及其方法，它能夠 提供單通道輸出和雙通道輸出兩種輸出模式當(dāng)幀頻要求較高時(shí)，選擇雙通道輸出模式，使 用兩個(gè)輸出緩沖級(jí)同時(shí)輸出，降低每個(gè)輸出緩沖級(jí)的信號(hào)輸出頻率，使數(shù)據(jù)輸入到對(duì)數(shù)據(jù)輸出采樣的時(shí)間達(dá)到建立時(shí)間以上，保證信號(hào)輸出頻率與輸出緩沖級(jí)的匹配；當(dāng)幀頻要求 較低時(shí)，在信號(hào)輸出頻率與輸出緩沖級(jí)的匹配下，選擇單通道輸出模式，只用一個(gè)輸出緩沖 級(jí)輸出，從而避免使用兩個(gè)輸出緩沖級(jí)引起的固定圖形噪聲。本發(fā)明所提出的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是這樣解決的提供一種紅外焦平面讀出電路， 包括與紅外焦平面像素陣列連接的N組列選控制器和列讀出級(jí)電路以及對(duì)應(yīng)N組列選控制 器、所述列讀出級(jí)電路輸出端上的N個(gè)輸出緩沖級(jí)，N是大于1的自然數(shù)，其特征在于還包 括與所述列選控制器使能端連接的輸出時(shí)序控制器，該輸出時(shí)序控制器還控制連接位于所 述列讀出級(jí)電路中部分或全部列通道與任一輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)。按照本發(fā)明所提供的紅外焦平面讀出電路，其特征在于，N優(yōu)選2，即所述列選控 制器是二組，對(duì)應(yīng)二個(gè)輸出緩沖級(jí)，其輸出時(shí)序控制器連接所述切換開(kāi)關(guān)包括但不限制于 以下兩種方式，優(yōu)選(一)(一 )對(duì)稱結(jié)構(gòu)所述輸出時(shí)序控制器控制連接位于所述列讀出級(jí)電路中全部列 通道與任一輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)，該輸出時(shí)序控制器這樣工作①單通道時(shí)，僅使能 一組列選控制器，同時(shí)控制切換開(kāi)關(guān)連通一輸出緩沖級(jí)；②雙通道時(shí)，使能二組列選控制 器，同時(shí)控制切換開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)連通二輸出緩沖級(jí)；( 二)不對(duì)稱結(jié)構(gòu)所述輸出時(shí)序控制器控制連接位于所述列讀出級(jí)電路中后半 列通道與任一輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)，所述列讀出級(jí)電路中前半列通道通過(guò)控制端連 接列選控制器的開(kāi)關(guān)與一輸出緩沖級(jí)連接，該輸出時(shí)序控制器這樣工作①單通道時(shí)，僅使 能一組列選控制器，同時(shí)控制后半列通道的切換開(kāi)關(guān)連通前半列通道對(duì)應(yīng)的輸出緩沖級(jí)； ②雙通道時(shí)，使能二組列選控制器，同時(shí)控制后半列通道的切換開(kāi)關(guān)連通與前半列通道對(duì) 應(yīng)的輸出緩沖級(jí)不同的另一輸出緩沖級(jí)。按照本發(fā)明所提供的紅外焦平面讀出電路，其特征在于，所述切換開(kāi)關(guān)的控制端 還連接所述列選控制器。按照本發(fā)明所提供的紅外焦平面讀出電路，其特征在于，該讀出電路還包括與紅 外焦平面像素陣列連接的行選控制器。本發(fā)明所提出的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是這樣解決的提供一種紅外焦平面讀出方法， 采用N個(gè)輸出緩沖級(jí)和對(duì)應(yīng)N組列選控制器，N是大于1的自然數(shù)，其特征在于包括以下 步驟信號(hào)輸出頻率超過(guò)門限時(shí)，一組以上列選控制器同時(shí)工作，并控制列讀出級(jí)電路 中列通道與輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)選擇對(duì)應(yīng)數(shù)目輸出緩沖級(jí)輸出信號(hào)，N > 2，如N = 3時(shí)，可以是二組或三組列選控制器同時(shí)工作，對(duì)應(yīng)二個(gè)或三個(gè)輸出緩沖級(jí)；信號(hào)輸出頻率低于門限時(shí)，僅一組列選控制器工作，并控制列讀出級(jí)電路中列通 道與輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)僅選擇一個(gè)輸出緩沖級(jí)輸出信號(hào)。按照本發(fā)明所提供的紅外焦平面讀出方法，其特征在于，N優(yōu)選2，包括以下步驟信號(hào)輸出頻率超過(guò)門限時(shí)，二組列選控制器同時(shí)工作，并控制列讀出級(jí)電路中列 通道與輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)選擇二個(gè)輸出緩沖級(jí)同時(shí)輸出信號(hào)；信號(hào)輸出頻率低于門限時(shí)，僅一組列選控制器工作，并控制列讀出級(jí)電路中列通 道與輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)僅選擇一個(gè)輸出緩沖級(jí)輸出信號(hào)。按照本發(fā)明所提供的紅外焦平面讀出方法，其特征在于，還包括輸入控制信號(hào)至
4所述列選控制器的使能端使其工作或不工作。本發(fā)明有益效果在于能根據(jù)幀頻的大小選擇兩種輸出模式，保證信號(hào)輸出頻率 與輸出緩沖級(jí)的匹配，同時(shí)盡可能減小固定圖形噪聲；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于列讀出級(jí)每列通道 采用了相同結(jié)構(gòu)的選通電路，同時(shí)兩組列選控制器電路結(jié)構(gòu)相同，提高了輸出信號(hào)的均勻 性。


圖1是本發(fā)明的紅外焦平面ROIC的整體框圖；圖2是本發(fā)明的列選控制器的一個(gè)具體實(shí)例電路圖；圖3是本發(fā)明的輸出時(shí)序控制器的具體電路圖；圖4是本發(fā)明的列讀出級(jí)的一個(gè)具體實(shí)例電路圖；圖5-a是本發(fā)明的列讀出級(jí)另一個(gè)具體實(shí)例的a部分電路圖；圖5_b是本發(fā)明的列讀出級(jí)另一個(gè)具體實(shí)例的b部分電路圖；圖6是表示本發(fā)明的兩組列選控制器、輸出時(shí)序控制器、一組列讀出級(jí)和兩個(gè)輸 出緩沖級(jí)連接關(guān)系的電路原理框圖；圖7是表示本發(fā)明的兩組列選控制器、輸出時(shí)序控制器、另一組列讀出級(jí)a部分、 另一組列讀出級(jí)b部分和兩個(gè)輸出緩沖級(jí)連接關(guān)系的電路原理框圖；圖8是本發(fā)明的ROIC單通道輸出模式時(shí)的一行讀出時(shí)序圖；圖9是本發(fā)明的ROIC雙通道輸出模式時(shí)的一行讀出時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式首先，說(shuō)明本發(fā)明基礎(chǔ)和核心本發(fā)明紅外焦平面讀出電路，包括兩組列選控制器，一組行選控制器，一組列讀出 級(jí)電路，兩個(gè)輸出緩沖級(jí)，一個(gè)輸出時(shí)序控制器。兩組列選控制器分別與列讀出級(jí)的前半部 分和后半部分相連，控制列讀出級(jí)各列通道與輸出緩沖級(jí)的連接。外部送入控制字到輸出 時(shí)序控制器選擇輸出模式，選擇單通道輸出模式時(shí)，列讀出級(jí)與其中一個(gè)輸出緩沖級(jí)相連， 在列選控制信號(hào)下通過(guò)一個(gè)輸出緩沖級(jí)逐列輸出信號(hào)，另一個(gè)輸出緩沖級(jí)不工作；選擇雙 通道輸出模式時(shí)，列讀出級(jí)的前半部分在一組列選控制信號(hào)的控制下與一個(gè)輸出緩沖級(jí)相 連，列讀出級(jí)的后半部分在另一組列選控制信號(hào)的控制下與另一個(gè)輸出緩沖級(jí)相連，通過(guò) 兩個(gè)輸出緩沖級(jí)，列讀出級(jí)的前半部分和后半部分同時(shí)逐列輸出信號(hào)。列讀出級(jí)所有通道 信號(hào)輸出完成后發(fā)出行選控制器產(chǎn)生下一個(gè)行選通有效信號(hào)。上述兩組列選控制器，包括列選控制器A和列選控制器B，對(duì)于對(duì)MXN像素陣列， M為列數(shù)，N為行數(shù)，每個(gè)列選控制器各產(chǎn)生一組列選控制信號(hào)Sell、Sel2……Sel (M/2)；使 能脈沖信號(hào)EN到來(lái)后，Sell、Sel2……Sel (Μ/2)在時(shí)鐘信號(hào)CLK的控制下依次有效，控制 對(duì)應(yīng)列讀出級(jí)各列通道與輸出緩沖級(jí)的連接；列選控制器的使能脈沖信號(hào)EN由輸出時(shí)序 控制器產(chǎn)生，列選完成后產(chǎn)生一個(gè)列選完成脈沖信號(hào)RST_EN，其中一組列選控制器的RST_ EN信號(hào)送入輸出時(shí)序控制器的輸入端ColSelEN2，另一組列選控制器的RST_EN信號(hào)作為換 行使能信號(hào)RowEn送入行選控制器。上述輸出時(shí)序控制器，由一個(gè)反相器和兩個(gè)開(kāi)關(guān)Si、S2組成，模式選擇控制字輸入端Mod_in連接到反相器的輸入端和開(kāi)關(guān)S2的控制端，并連接到輸出端Mod_sel，反相 器的輸出端連接到開(kāi)關(guān)Sl的控制端，并連接到輸出端MocLselB。使能脈沖信號(hào)輸入端 ColSelENl連接到開(kāi)關(guān)Sl的一端，同時(shí)連接到使能脈沖信號(hào)輸出端EN1，使能脈沖信號(hào)輸入 端ColSelEN2連接到開(kāi)關(guān)S2的一端，開(kāi)關(guān)S1、S2的另一端連接到一起并連接到使能脈沖信 號(hào)輸出端EN2。開(kāi)關(guān)S1、S2的閉合與斷開(kāi)由Mod_in決定，當(dāng)選擇單通道模式時(shí)，開(kāi)關(guān)S2閉 合，Sl斷開(kāi)，EN2連接到ColSelEN2 ；當(dāng)選擇雙通道模式時(shí)，開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，Sl閉合，EN2連接 到 ColSelENl。上述一組列讀出級(jí)電路，共有M列通道，分為前半部分和后半部分，各包含M/2列， 每列通道通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)分別連接到輸出緩沖級(jí)A和輸出緩沖級(jí)B的輸入端上；每列通道與 每個(gè)輸出緩沖級(jí)的連接由模式選擇信號(hào)和該列列選控制信號(hào)共同決定。單通道輸出模式 時(shí)，列讀出級(jí)所有通道只與其中一個(gè)輸出緩沖級(jí)連接，列讀出級(jí)通過(guò)一個(gè)輸出緩沖級(jí)逐列 輸出信號(hào)；雙通道輸出模式時(shí)，列讀出級(jí)的前半部分只與其中一個(gè)輸出緩沖級(jí)相連，列讀出 級(jí)的后半部分只與另一個(gè)輸出緩沖級(jí)相連，列讀出級(jí)的前半部分和后半部分通過(guò)兩個(gè)輸出 緩沖級(jí)同時(shí)逐列輸出信號(hào)。輸出緩沖級(jí)由一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成。當(dāng)幀頻要求較高時(shí)，選擇雙通道輸出模式，使 用兩個(gè)輸出緩沖級(jí)同時(shí)輸出，降低每個(gè)輸出緩沖級(jí)的信號(hào)輸出頻率，使數(shù)據(jù)輸入到對(duì)數(shù)據(jù) 輸出采樣的時(shí)間達(dá)到建立時(shí)間以上，保證信號(hào)輸出頻率與輸出緩沖級(jí)的匹配；當(dāng)幀頻要求 較低時(shí)，在信號(hào)輸出頻率與輸出緩沖級(jí)的匹配下，選擇單通道輸出模式，只用一個(gè)輸出緩沖 級(jí)輸出，從而避免使用兩個(gè)輸出緩沖級(jí)引起的固定圖形噪聲。第二，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，附圖中所有開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)均為高電平 有效閉合，低電平無(wú)效斷開(kāi)圖1示出了本發(fā)明的紅外焦平面ROIC的整體框圖100。其中MXN像素陣列101，M 為列數(shù)，N為行數(shù)。本發(fā)明涉及的模塊主要包括兩組列選控制器200，一組行選控制器103， 一組列讀出級(jí)電路400，兩個(gè)輸出緩沖級(jí)102，一個(gè)輸出時(shí)序控制器300。兩組列選控制器 200分別與列讀出級(jí)的前半部分和后半部分相連，控制列讀出級(jí)400信號(hào)的輸出。圖2是圖1、圖6和圖7所示列選控制器200的一個(gè)具體實(shí)例電路圖，列選控制信號(hào) Sell、Sel2……Sel (M/2)由一組D觸發(fā)器201構(gòu)成的移位脈沖發(fā)生器產(chǎn)生。高有效使能脈 沖信號(hào)EN到來(lái)后，EN與EN經(jīng)過(guò)反相器202的信號(hào)送入第一個(gè)D觸發(fā)器201，Sell、Sel2…… Sel (M/2)在時(shí)鐘信號(hào)CLK的控制下依次產(chǎn)生高有效脈沖，列選完成后，信號(hào)Sel (M/2)同時(shí) 作為列選完成脈沖信號(hào)RST_EN輸出。圖3是圖1、圖6和圖7所示輸出時(shí)序控制器300的具體電路圖，輸出時(shí)序控制器 300由一個(gè)反相器202和兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1、S2組成，模式選擇控制字輸入端Mod_in連接到輸出 端Mod_sel，同時(shí)通過(guò)反相器202產(chǎn)生反相信號(hào)，并連接到輸出端MocLselB。使能脈沖信號(hào) 輸入端ColSelEm連接到開(kāi)關(guān)Sl的一端，同時(shí)連接到使能脈沖信號(hào)輸出端EN1，使能脈沖 信號(hào)輸入端ColSelEN2連接到開(kāi)關(guān)S2的一端，開(kāi)關(guān)S1、S2的另一端連接到一起并連接到使 能脈沖信號(hào)輸出端EN2。開(kāi)關(guān)Si、S2的閉合與斷開(kāi)由Mod_in決定，當(dāng)選擇單通道模式時(shí)， Mod_in置為高電平，開(kāi)關(guān)S2閉合，Sl斷開(kāi)，EN2連接到ColSelEN2 ；當(dāng)選擇雙通道模式時(shí)， Mod_in置為低電平，開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，Sl閉合，EN2連接到ColSelENl。圖4是圖1、圖6和圖7所示列讀出級(jí)400的一個(gè)具體實(shí)例電路圖。列讀出級(jí)電路400共有M列通道404，每列通道404使用了兩個(gè)模式選擇開(kāi)關(guān)402和403，和一個(gè)列選 通開(kāi)關(guān)401，兩個(gè)模式選擇開(kāi)關(guān)402和403的一端分別連接到輸出緩沖級(jí)A和輸出緩沖級(jí)B 的輸入端上，另一端連接到列選通開(kāi)關(guān)401的一端，列選通開(kāi)關(guān)401的另一端連接到該列通 道404的信號(hào)輸出端。列讀出級(jí)400前半部分連接到輸出緩沖級(jí)A的模式選擇開(kāi)關(guān)402由 信號(hào)Modl控制，連接到輸出緩沖級(jí)B的模式選擇開(kāi)關(guān)403由信號(hào)ModlB控制，各列列選通 開(kāi)關(guān)401分別由一組信號(hào)SelAl、SelA2……SelA(M/2)控制；列讀出級(jí)400后半部分連接到 輸出緩沖級(jí)A的模式選擇開(kāi)關(guān)402由信號(hào)Mod2控制，連接到輸出緩沖級(jí)B的模式選擇開(kāi)關(guān) 403由信號(hào)Mod2B控制，各列列選通開(kāi)關(guān)401分別由一組信號(hào)SelBU SelB2……SelB (M/2) 控制。圖5-a是圖1、圖6和圖7所示列讀出級(jí)400的另一個(gè)具體實(shí)例的a部分501電路 圖。列讀出級(jí)a部分501共有M列通道404，每列通道404使用了兩個(gè)選通開(kāi)關(guān)502和503， 兩個(gè)選通開(kāi)關(guān)502和503的一端分別連接到輸出緩沖級(jí)A和輸出緩沖級(jí)B的輸入端上，另 一端連接到該列通道404的信號(hào)輸出端。列讀出級(jí)a部分501的前半部分，各列連接到輸 出緩沖級(jí)A的選通開(kāi)關(guān)502分別由一組信號(hào)Modl_l、Modl_2……Modl_(M/2)控制，連接到 輸出緩沖級(jí)B的選通開(kāi)關(guān)503分別由一組信號(hào)ModlB_l、ModlB_2……ModlB_(M/2)控制； 列讀出級(jí)a部分501的后半部分，各列連接到輸出緩沖級(jí)A的選通開(kāi)關(guān)502分別由一組信 號(hào)Mod2_l、Mod2_2……Mod2_(M/2)控制，連接到輸出緩沖級(jí)B的選通開(kāi)關(guān)503分別由一組 信號(hào)Mod2B_l、Mod2B_2……Mod2B_(M/2)控制。每個(gè)信號(hào)通道只有一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，減少了開(kāi) 關(guān)非理想因素對(duì)通道輸出信號(hào)的影響。圖5-b是圖1、圖6和圖7所示列讀出級(jí)400的另一個(gè)具體實(shí)例的b部分504電路 圖，用于產(chǎn)生圖5-a電路列讀出級(jí)a部分501各個(gè)開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)。共有M列，每列使用兩 個(gè)與門505和506。前半部分各列第一個(gè)與門505的一個(gè)輸入端連接到Mod_Sell上，第二 個(gè)與門506的一個(gè)輸入端連接到MocLselIB上，兩個(gè)與門505和506的另外兩個(gè)輸入端連接 到一起，并分別連接到信號(hào)輸入端SelAl、SelA2……SelA(M/2)上；后半部分各列第一個(gè)與 門505的一個(gè)輸入端連接到Mod_Sel2上，第二個(gè)與門506的一個(gè)輸入端連接到Mod_Sel2B 上，兩個(gè)與門505和506的另外兩個(gè)輸入端連接到一起，并分別連接到信號(hào)輸入端SelBl、 SelB2……SelB(M/2)上。前半部分產(chǎn)生兩組控制信號(hào)Modl_l、Modl_2……Modl_(M/2)和
ModlB_l、ModlB_2......ModlB_(M/2)，后半部分產(chǎn)生兩組控制信號(hào) Mod2_l、Mod2_2......Mod2_
(M/2)和 Mod2B_l、Mod2B_2......Mod2B_(M/2)。圖6是表示本發(fā)明的兩組列選控制器200、輸出時(shí)序控制器300、一組列讀出級(jí)400 和兩個(gè)輸出緩沖級(jí)102連接關(guān)系的電路原理框圖。列選控制器A和列選控制器B的具體實(shí) 例電路圖如圖2所示，輸出時(shí)序控制器300的具體電路圖如圖3所示，列讀出級(jí)400電路圖 的一個(gè)具體實(shí)例電路圖如圖4所示。如圖6所示，輸出模式由模式選擇控制字Mod決定，列 選使能由使能脈沖信號(hào)SelectEn決定。使用列選控制器A控制列讀出級(jí)400的前半部分， 列選控制器B控制列讀出級(jí)400的后半部分，列選控制器A的RST_EN信號(hào)送入輸出時(shí)序控 制器300的ColSelEN2端，列選控制器B的RST_EN信號(hào)作為使能信號(hào)RowEn輸出；列讀出 級(jí)400的Modl和ModlB信號(hào)分別置為高電平VDD和低電平GND，從而圖4和圖5中列讀出 級(jí)400的前半部分只與輸出緩沖級(jí)A連接。當(dāng)選擇單通道輸出時(shí)，Mod置為高電平，列讀出級(jí)400的所有通道只與輸出緩沖級(jí)A連接。Em發(fā)出使能有效脈沖后，列選控制器A逐列選通列讀出級(jí)400的前半部分，通過(guò) 輸出緩沖級(jí)A逐列輸出信號(hào)；列選控制器A選通完成后，EN2發(fā)出使能有效脈沖，列選控制 器B逐列選通列讀出級(jí)400的后半部分，通過(guò)輸出緩沖級(jí)A逐列輸出信號(hào)。當(dāng)選擇雙通道輸出時(shí)，Mod置為低電平，列讀出級(jí)400的前半部分只與輸出緩沖級(jí) A連接，列讀出級(jí)400的后半部分只與輸出緩沖級(jí)B連接。Em和EN2同時(shí)發(fā)出使能有效脈 沖，列選控制器A逐列選通列讀出級(jí)400的前半部分，通過(guò)輸出緩沖級(jí)A逐列輸出信號(hào)，同 時(shí)列選控制器B逐列選通列讀出級(jí)400的后半部分，通過(guò)輸出緩沖級(jí)B逐列輸出信號(hào)。圖7是表示本發(fā)明的兩組列選控制器200、輸出時(shí)序控制器300、另一組列讀出級(jí) a部分501、另一組列讀出級(jí)b部分504和兩個(gè)輸出緩沖級(jí)102連接關(guān)系的電路原理框圖。 列讀出級(jí)電路400由列讀出級(jí)a部分501和列讀出級(jí)b部分502組成，分別如圖5_a和圖 5_b所示，其余模塊以及連接均與圖6相同。相比圖4中的列讀出級(jí)電路結(jié)構(gòu)，列讀出級(jí)a 部分501和列讀出級(jí)b部分502組成的列讀出級(jí)電路結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜，但在信號(hào)通道上少使 用了一個(gè)開(kāi)關(guān)，減少了開(kāi)關(guān)非理想因素對(duì)信號(hào)的影響。圖8是本發(fā)明的ROIC單通道輸出模式時(shí)的一行讀出時(shí)序圖；圖9是本發(fā)明的ROIC 雙通道輸出模式時(shí)的一行讀出時(shí)序圖。圖8、圖9中C(1)、C(2)……C(M)分別表示某一輸 出有效期間列讀出級(jí)第1 M列各列所保持的像素單元信號(hào)?？梢钥吹剑瑔瓮ǖ垒敵鰰r(shí)，每 個(gè)CLK時(shí)鐘周期輸出1列通道的信號(hào)，M列共需要M個(gè)CLK時(shí)鐘周期；雙通道輸出時(shí)，每個(gè) CLK時(shí)鐘周期輸出2列通道的信號(hào)，M列共需要M/2個(gè)CLK時(shí)鐘周期，總的信號(hào)輸出頻率提 高了一倍，但每個(gè)輸出緩沖級(jí)的信號(hào)輸出頻率不變。
權(quán)利要求
一種紅外焦平面讀出電路，包括與紅外焦平面像素陣列(101)連接的N組列選控制器(200)和列讀出級(jí)電路(400)以及對(duì)應(yīng)N組列選控制器、所述列讀出級(jí)電路輸出端上的N個(gè)輸出緩沖級(jí)(102)，N是大于1的自然數(shù)，其特征在于還包括與所述列選控制器使能端連接的輸出時(shí)序控制器(300)，該輸出時(shí)序控制器還控制連接位于所述列讀出級(jí)電路中部分或全部列通道與任一輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的讀出電路，其特征在于，N等于2，所述輸出時(shí)序控制器(300) 控制連接位于所述列讀出級(jí)電路(400)中全部列通道與任一輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的讀出電路，其特征在于，N等于2，所述輸出時(shí)序控制器(300) 控制連接位于所述列讀出級(jí)電路(400)中后半列通道與任一輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)， 所述列讀出級(jí)電路中前半列通道通過(guò)控制端連接列選控制器的開(kāi)關(guān)與一輸出緩沖級(jí)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的讀出電路，其特征在于，所述切換開(kāi)關(guān)的控制端還 連接所述列選控制器(200)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的讀出電路，其特征在于，還包括與紅外焦平面像素 陣列連接的行選控制器(103)。
6.一種紅外焦平面讀出方法，采用N個(gè)輸出緩沖級(jí)和對(duì)應(yīng)N組列選控制器，N是大于1 的自然數(shù)，其特征在于包括以下步驟信號(hào)輸出頻率超過(guò)門限時(shí)，一組以上列選控制器(200)同時(shí)工作，并控制列讀出級(jí)電 路(400)中列通道與輸出緩沖級(jí)(102)之間的切換開(kāi)關(guān)選擇對(duì)應(yīng)數(shù)目輸出緩沖級(jí)輸出信 號(hào)；信號(hào)輸出頻率低于門限時(shí)，僅一組列選控制器(200)工作，并控制列讀出級(jí)電路(400) 中列通道與輸出緩沖級(jí)(102)之間的切換開(kāi)關(guān)僅選擇一個(gè)輸出緩沖級(jí)輸出信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的讀出方法，其特征在于，N等于2，包括以下步驟信號(hào)輸出頻率超過(guò)門限時(shí)，二組列選控制器同時(shí)工作，并控制列讀出級(jí)電路中列通道 與輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)選擇二個(gè)輸出緩沖級(jí)同時(shí)輸出信號(hào)；信號(hào)輸出頻率低于門限時(shí)，僅一組列選控制器工作，并控制列讀出級(jí)電路中列通道與 輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)僅選擇一個(gè)輸出緩沖級(jí)輸出信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的讀出方法，其特征在于，還包括輸入控制信號(hào)至所述列選 控制器(200)的使能端使其工作或不工作。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種紅外焦平面讀出電路及其方法，其中電路包括兩組列選控制器(200)，一組行選控制器(103)，一組列讀出級(jí)電路(400)，兩個(gè)輸出緩沖級(jí)(103)和一個(gè)輸出時(shí)序控制器(300)；方法包括信號(hào)輸出頻率超過(guò)門限時(shí)，輸出時(shí)序控制器使能二組列選控制器同時(shí)工作，并控制列讀出級(jí)電路中列通道與輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)選擇二個(gè)輸出緩沖級(jí)輸出信號(hào)；頻率低于門限時(shí)，輸出時(shí)序控制器僅使能一組列選控制器工作，并控制列讀出級(jí)電路中列通道與輸出緩沖級(jí)之間的切換開(kāi)關(guān)僅選擇一個(gè)輸出緩沖級(jí)輸出信號(hào)。該讀出電路及其方法能根據(jù)幀頻的大小選擇兩種輸出模式，保證信號(hào)輸出頻率與輸出緩沖級(jí)的匹配，同時(shí)盡可能減小固定圖形噪聲。
文檔編號(hào)G01J5/02GK101943606SQ201010257989
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者冷余平, 呂堅(jiān), 周云, 蔣亞?wèn)| 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)