專利名稱：一種紅外焦平面陣列探測(cè)器的讀出電路的積分前置電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外焦平面陣列探測(cè)器的讀出電路，尤其涉及一種紅外焦平面陣列探測(cè)器的讀出電路的積分前置電路。
背景技術(shù)：
所有物體均發(fā)射與其溫度和物質(zhì)特性相關(guān)的熱輻射，環(huán)境溫度附近物體的熱輻射大多位于紅外波段，波長(zhǎng)為Iym (微米)到24μπι左右。紅外輻射提供了客觀世界的豐富信息，將不可見的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的信號(hào)，充分利用這些信息是人們追求的目標(biāo)。而紅外焦平面陣列則是獲取景物紅外光輻射信息的重要光電器件。微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)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(cè)器。微測(cè)輻射熱計(jì)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(cè)器單元的微測(cè)輻射熱計(jì)，實(shí)現(xiàn)單片結(jié)構(gòu)。微測(cè)輻射熱計(jì)焦平面陣列作為第二代非制冷焦平面技術(shù)的佼佼者，以它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)，并使系統(tǒng)的性能價(jià)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?hào)集成處理電路，在讀出集成電路(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、鉬硅的和許多光電導(dǎo)型的高阻抗探測(cè)器對(duì)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減少EMI的影響。使用分立元件要求大量的面積，并且在一個(gè)給定的光學(xué)視場(chǎng)中對(duì)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(cè)器熱學(xué)/機(jī)械接口、信號(hào)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(dòng)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(cè)器熱敏材料的電阻變化，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并進(jìn)行前置處理(如積分、放大、濾波和采樣/保持等)及信號(hào)的并/串行轉(zhuǎn)換。目前主要有CCD型讀出電路和CMOS型讀出電路。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(duì)運(yùn)算放大器的分析通常是假設(shè)電路是完全對(duì)稱的，即兩邊呈現(xiàn)出相同的特性和相同的偏置電流。然而，由于制造工藝中每一道工序的不確定性，標(biāo)稱相同的器件都存在有限的不匹配性(即失配)。運(yùn)算放大器兩輸入MOS管的不完全匹配導(dǎo)致了失調(diào)電壓的產(chǎn)生，失調(diào)電壓造成輸出偏移，對(duì)輸出結(jié)果產(chǎn)生了很大地影響。因此，研究失調(diào)可控的讀出電路積分前置電路變得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種失調(diào)可控的紅外焦平面陣列探測(cè)器的讀出電路積分前置電路。本發(fā)明實(shí)施例公開的技術(shù)方案包括:
提供了一種紅外焦平面陣列探測(cè)器的讀出電路的積分前置電路，其特征在于:包括第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、電橋支路和輸出偏置支路，其中:所述第一運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)第一電阻連接到所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端，并且所述第一運(yùn)算放大器的輸出端還連接到所述第一運(yùn)算放大器的反向輸入端；所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端通過(guò)電容連接到所述第二運(yùn)算放大器的輸出端，所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接到參考電壓；所述電橋支路連接到所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端；所述輸出偏置支路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第一晶體管、第二晶體管和可調(diào)電阻，其中:所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到所述第一晶體管的柵極，所述第一晶體管的漏極連接到所述第二晶體管的源極，所述第一晶體管的源極連接到系統(tǒng)電源；所述第二晶體管的漏極通過(guò)所述可調(diào)電阻接地，所述第二晶體管的柵極連接到偏置電壓；所述第一晶體管的漏極和所述第二晶體管的源極通過(guò)第二電阻連接到所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端。進(jìn)一步地，所述電橋支路包括第三晶體管、第四晶體管、第五晶體管和第六晶體管，其中:所述第三晶體管的柵極連接到所述第四晶體管的柵極；所述第五晶體管的柵極連接到所述第六晶體管的柵極；所述第三晶體管的漏極連接到所述第五晶體管的漏極；所述第四晶體管的漏極連接到所述第六晶體管的漏極；所述第三晶體管的漏極和所述第五晶體管的漏極連接到所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端；所述第六晶體管的柵極還連接到所述第六晶體管的漏極。進(jìn)一步地，所述第三晶體管的源極通過(guò)第三電阻連接到系統(tǒng)電源；所述第四晶體管的源極通過(guò)第四電阻連接到系統(tǒng)電源；所述第五晶體管的源極通過(guò)探測(cè)器接地；所述第六晶體管的源極通過(guò)參比電阻接地。本發(fā)明的實(shí)施例的積分前置電路中，通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和可調(diào)電阻，可以將輸入到第一運(yùn)算放大器的同相輸入端的電壓調(diào)節(jié)到期望值，從而消除積分前置電路整體的失調(diào)，使積分前置電路輸出理想值。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紅外焦平面陣列探測(cè)器的讀出電路積分前置電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的紅外焦平面陣列探測(cè)器的讀出電路的積分前置電路的結(jié)構(gòu)不意圖。如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一種紅外焦平面陣列探測(cè)器的讀出電路的積分前置電路包括第一運(yùn)算放大器Al、第二運(yùn)算放大器A2、電橋支路20和輸出偏置支路10。 第一運(yùn)算放大器Al的輸出端通過(guò)第一電阻Rl連接到第二運(yùn)算放大器A2的反相輸入端，并且第一運(yùn)算放大器Al的該輸出端還連接到第一運(yùn)算放大器Al的反向輸入端。
第二運(yùn)算放大器A2的反相輸入端通過(guò)電容連接到第二運(yùn)算放大器A2的輸出端。第二運(yùn)算放大器A2的同相輸入端連接到參考電壓Vref。第二運(yùn)算放大器A2的輸出端Vout即為該積分前置電路的輸出端。電橋支路20連接到第一運(yùn)算放大器Al的同相輸入端。本發(fā)明的實(shí)施例中，輸出偏置支路10也連接到第一運(yùn)算放大器Al的同相輸入端。如圖1所示，輸出偏置支路10包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC、第一晶體管PM1、第二晶體管PM2和可調(diào)電阻Rdac。在該輸出偏置支路10中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出端連接到第一晶體管PMl的柵極，第一晶體管PMl的漏極連接到第二晶體管PM2的源極(例如，圖2中的點(diǎn)A處)，第一晶體管PMl的源極連接到系統(tǒng)電源VDD。第二晶體管PM2的漏極通過(guò)可調(diào)電阻Rdac接地，第二晶體管PM2的柵極連接到偏
置電壓Vbias。

本發(fā)明的實(shí)施例中，該偏置電壓Vbias的電壓值可以是固定的。此外，如圖1所示，第一晶體管PMl的漏極和第二晶體管PMl的源極相互連接之后還通過(guò)第二電阻R2連接到第一運(yùn)算放大器Al的同相輸入端。另外，如圖1所示，電橋支路20包括第三晶體管PM3、第四晶體管PM4、第五晶體管匪3和第六晶體管NM4，而且，第三晶體管PM3的柵極連接到第四晶體管PM4的柵極，第五晶體管匪3的柵極連接到第六晶體管NM4的柵極，第三晶體管PM3的漏極連接到第五晶體管匪3的漏極，第四晶體管PM4的漏極連接到第六晶體管NM4的漏極，并且第六晶體管NM4的柵極還連接到該第六晶體管NM4的漏極。這樣，第三晶體管PM3、第四晶體管PM4、第五晶體管匪3和第六晶體管NM4構(gòu)成電橋電路。本發(fā)明的實(shí)施例中，相互連接的第三晶體管PM3的漏極和第五晶體管匪3的漏極還連接到第一運(yùn)算放大器Al的同相輸入端，從而將該電橋支路20連接到第一運(yùn)算放大器Al的同相輸入端。此外，本發(fā)明的實(shí)施例中，在該電橋支路20中，第三晶體管PM3的源極通過(guò)第三電阻R3連接到系統(tǒng)電源VDD，第四晶體管PM4的源極通過(guò)第四電阻R4連接到系統(tǒng)電源VDD，第五晶體管匪3的源極通過(guò)探測(cè)器Rs (圖1中簡(jiǎn)化地用電阻的符號(hào)等效地表示)接地，第六晶體管NM4的源極通過(guò)參比電阻Rb接地。本發(fā)明實(shí)施例中的積分前置電路的工作原理如下:
本發(fā)明的實(shí)施例中，通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路DAC，可以改變第一晶體管PMl的柵極電壓VDAC，而第一晶體管PMl的源極接系統(tǒng)電源VDD，第一晶體管PMl的漏極與第二晶體管PM2的源極相連接構(gòu)成一條通路，可以得到這條通路的電流Idac:
權(quán)利要求
1.一種紅外焦平面陣列探測(cè)器的讀出電路的積分前置電路，其特征在于:包括第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、電橋支路和輸出偏置支路，其中: 所述第一運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)第一電阻連接到所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端，并且所述第一運(yùn)算放大器的輸出端還連接到所述第一運(yùn)算放大器的反向輸入端； 所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端通過(guò)電容連接到所述第二運(yùn)算放大器的輸出端，所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接到參考電壓； 所述電橋支路連接到所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端； 所述輸出偏置支路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第一晶體管、第二晶體管和可調(diào)電阻，其中:所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到所述第一晶體管的柵極，所述第一晶體管的漏極連接到所述第二晶體管的源極，所述第一晶體管的源極連接到系統(tǒng)電源； 所述第二晶體管的漏極通過(guò)所述可調(diào)電阻接地，所述第二晶體管的柵極連接到偏置電壓； 所述第一晶體管的漏極和所述第二晶體管的源極通過(guò)第二電阻連接到所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的積分前置電路，其特征在于:所述電橋支路包括第三晶體管、第四晶體管、第五晶體管和第六晶體管，其中: 所述第三晶體管的柵極連接到所述第四晶體管的柵極； 所述第五晶體管的柵極連接到所述第六晶體管的柵極； 所述第三晶體管的漏極連接到所述`第五晶體管的漏極； 所述第四晶體管的漏極連接到所述第六晶體管的漏極； 所述第三晶體管的漏極和所述第五晶體管的漏極連接到所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端； 所述第六晶體管的柵極還連接到所述第六晶體管的漏極。
3.如權(quán)利要求2所述的積分前置電路，其特征在于: 所述第三晶體管的源極通過(guò)第三電阻連接到系統(tǒng)電源； 所述第四晶體管的源極通過(guò)第四電阻連接到系統(tǒng)電源； 所述第五晶體管的源極通過(guò)傳感器接地； 所述第六晶體管的源極通過(guò)參比電阻接地。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種紅外焦平面陣列探測(cè)器的讀出電路的積分前置電路，包括第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、電橋支路和輸出偏置支路，輸出偏置支路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第一晶體管、第二晶體管和可調(diào)電阻，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到第一晶體管的柵極，第一晶體管的漏極連接到第二晶體管的源極，第一晶體管的源極連接到系統(tǒng)電源；第二晶體管的漏極通過(guò)可調(diào)電阻接地，第二晶體管的柵極連接到偏置電壓，第一晶體管的漏極還通過(guò)第二電阻連接到第一運(yùn)算放大器的同相輸入端。本發(fā)明的實(shí)施例中，通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和可調(diào)電阻，可以將輸入到第一運(yùn)算放大器的同相輸入端的電壓調(diào)節(jié)到期望值，從而消除積分前置電路整體的失調(diào)，使積分前置電路輸出理想值。
文檔編號(hào)G01J5/24GK103234642SQ20131012765
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者呂堅(jiān), 闕隆成, 吳張玉, 錢息, 杜一穎, 周云 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)