一種面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路及測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于MEMS與集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是涉及一種面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路及測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外探測(cè)器(Infrared Detector)是將入射的紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出的器件。紅外輻射是波長(zhǎng)介于可見(jiàn)光與微波之間的電磁波，人眼察覺(jué)不到。要察覺(jué)這種輻射的存在并測(cè)量其強(qiáng)弱，必須把它轉(zhuǎn)變成可以察覺(jué)和測(cè)量的其他物理量。一般說(shuō)來(lái)，紅外輻射照射物體所引起的任何效應(yīng)，只要效果可以測(cè)量而且足夠靈敏，均可用來(lái)度量紅外輻射的強(qiáng)弱。現(xiàn)代紅外探測(cè)器所利用的主要是紅外熱效應(yīng)和光電效應(yīng)。這些效應(yīng)的輸出大都是電量，或者可用適當(dāng)?shù)姆椒ㄞD(zhuǎn)變成電量。
[0003]紅外焦平面陣列是20世紀(jì)70年代末80年代初，在國(guó)防應(yīng)用以及其它戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的推動(dòng)下發(fā)展起來(lái)的。它是獲取景物紅外熱輻射信息的重要光電器件。紅外焦平面陣列屬于第二代紅外成像器件，是現(xiàn)代紅外成像系統(tǒng)的核心部件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、噪聲等效溫差小、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。因此，紅外焦平面陣列被廣泛用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、森林防火等各個(gè)領(lǐng)域中。
[0004]面陣型紅外探測(cè)器的像元面積較大，占了大半部分的芯片面積，像元質(zhì)量的好壞決定了后面圖像的顯示效果。像元接受外界信息后，其微弱的電流信號(hào)要經(jīng)過(guò)讀出電路處理，變成可檢測(cè)的電壓信號(hào)。
[0005]非制冷紅外焦平面讀出電路(ROIC)是一種專用的數(shù)?；旌闲盘?hào)集成處理電路，隨著集成電路工藝和技術(shù)的發(fā)展，尤其是CMOS集成制造技術(shù)和工藝的成熟，使ROIC得到了迅猛的發(fā)展。像元是面陣型紅外探測(cè)器必不可少的一部分，像元的尺寸和結(jié)構(gòu)是影響后面成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素。目前，常見(jiàn)的方法都是先做好讀出電路，然后在上面生長(zhǎng)出MEMS像元(即VOx薄膜)，但是，在前期電路設(shè)計(jì)中，讀出電路的性能是不可預(yù)知的。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)讀出電路的測(cè)試往往是在MEMS像元制作完成并封裝后進(jìn)行，但是，如果MEMS像元制作完成后再發(fā)現(xiàn)讀出電路出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的損失，包括MEMS像元的制作成本以及封裝成本的浪費(fèi)和生產(chǎn)效率的降低。
[0007]鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種在MEMS像元制作前對(duì)讀出電路進(jìn)行測(cè)試的電路及測(cè)試方法實(shí)屬必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路及測(cè)試方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中因MEMS像元形成前面陣型紅外探測(cè)器讀出電路性能不可預(yù)知而導(dǎo)致制作成本和封裝成本提高的問(wèn)題。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路，至少包括:
[0010]等效盲像元，用于模擬MEMS盲像元，提供等效對(duì)照信號(hào)；
[0011]等效有效像元，用于模擬MEMS有效像元，提供等效探測(cè)信號(hào)；
[0012]讀出電路，用于對(duì)所述等效對(duì)照信號(hào)及等效探測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大及讀出；
[0013]所述等效盲像元包括第一 MOS管及第一開關(guān)，其中，所述第一 MOS管的柵極連接第一可調(diào)電壓，第一極連接電源，所述第一開關(guān)連接于所述第一 MOS管的第二極及所述讀出電路之間；
[0014]所述等效有效像元包括第二 MOS管及第二開關(guān)，其中，所述第二 MOS管的柵極連接第二可調(diào)電壓，第二極接地，所述第二開關(guān)連接于所述第二 MOS管的第一極及所述讀出電路之間。
[0015]作為本發(fā)明的面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路的一種優(yōu)選方案，其中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述第一可調(diào)電壓以調(diào)節(jié)所述第一 MOS管的電阻，實(shí)現(xiàn)所述等效盲像元對(duì)MEMS盲像元的模擬；通過(guò)調(diào)節(jié)所述第二可調(diào)電壓以調(diào)節(jié)所述第二 MOS管的電阻，實(shí)現(xiàn)所述等效有效像元對(duì)MEMS有效像元的模擬。
[0016]作為本發(fā)明的面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路的一種優(yōu)選方案，所述第一開關(guān)與第二開關(guān)相連后作為所述等效盲像元及等效有效像元的共同輸出端與所述讀出電路連接。
[0017]作為本發(fā)明的面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路的一種優(yōu)選方案，所述第一開關(guān)為第一開關(guān)MOS管，所述第一開關(guān)MOS管通過(guò)第一選通信號(hào)實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)通或關(guān)斷；所述第二開關(guān)為第二開關(guān)MOS管，所述第二開關(guān)MOS管通過(guò)第二選通信號(hào)實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)通或關(guān)斷。
[0018]本發(fā)明還提供一種利用所述面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路對(duì)讀出電路的測(cè)試方法，包括步驟:
[0019]I)通過(guò)控制所述第一可調(diào)電壓實(shí)現(xiàn)所述等效盲像元對(duì)MEMS盲像元的模擬，輸出等效對(duì)照信號(hào)；同時(shí)，通過(guò)控制所述第二可調(diào)電壓實(shí)現(xiàn)所述等效有效像元對(duì)MEMS有效像元的模擬，輸出等效探測(cè)信號(hào)；
[0020]2)對(duì)所述等效對(duì)照信號(hào)機(jī)等效探測(cè)信號(hào)進(jìn)行積分形成積分電流，并將該積分電流輸出至所述讀出電路；
[0021]3)基于所述積分電流對(duì)所述讀出電路進(jìn)行讀出測(cè)試，以確定對(duì)應(yīng)的讀出電路的性能是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
[0022]作為本發(fā)明的利用面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路對(duì)讀出電路的測(cè)試方法的一種優(yōu)選方案，所述測(cè)試方法進(jìn)行于MEMS盲像元及MEMS有效像元形成之前。
[0023]作為本發(fā)明的利用面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路對(duì)讀出電路的測(cè)試方法的一種優(yōu)選方案，其中，基于所述第一可調(diào)電壓的等效對(duì)照信號(hào)的值設(shè)定為MEMS盲像兀工作時(shí)的最小輸出值及最大輸出值之間；基于所述第二可調(diào)電壓的等效探測(cè)信號(hào)的值設(shè)定為MEMS有效像元工作時(shí)的最小輸出值及最大輸出值之間。
[0024]本發(fā)明還提供一種面陣型紅外探測(cè)器，包括:
[0025]MEMS像元陣列，包括多個(gè)呈矩形陣列排列的MEMS像元，用于根據(jù)溫度的變化輸出變化的電流信號(hào)；
[0026]多個(gè)等效盲像元，各等效盲像元與各列MEMS像元列對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于模擬MEMS盲像元，提供等效對(duì)照信號(hào)；其中，所述等效盲像元包括第一MOS管及第一開關(guān)，所述第一MOS管的柵極連接第一可調(diào)電壓，第一極連接電源，所述第一開關(guān)連接于所述第一 MOS管的第二極及讀出電路陣列之間；
[0027]多個(gè)等效有效像元，各等效有效像元與各列MEMS像元列對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于模擬MEMS有效像元，提供等效探測(cè)信號(hào)；其中，所述等效有效像元包括第二 MOS管及第二開關(guān)，所述第二 MOS管的柵極連接第二可調(diào)電壓，第二極接地，所述第二開關(guān)連接于所述第二 MOS管的第一極及讀出電路陣列之間；
[0028]讀出電路陣列，用于對(duì)各該MEMS像元輸出的電流信號(hào)、各該等效盲像元輸出的等效對(duì)照信號(hào)及各該等效有效像元輸出的等效探測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大及讀出。
[0029]作為本發(fā)明的面陣型紅外探測(cè)器的一種優(yōu)選方案，所述等效盲像元及所述等效有效像元分別設(shè)置于各列MEMS像元的上下兩側(cè)。
[0030]如上所述，本發(fā)明提供一種面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路及測(cè)試方法，所述像元等效電路包括:等效盲像元，用于模擬MEMS盲像元，提供等效對(duì)照信號(hào)；等效有效像元，用于模擬MEMS有效像元，提供等效探測(cè)信號(hào)；讀出電路，用于對(duì)所述等效對(duì)照信號(hào)及等效探測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大及讀出；所述等效盲像元包括第一 MOS管及第一開關(guān)，其中，所述第一MOS管的柵極連接第一可調(diào)電壓，第一極連接電源，所述第一開關(guān)連接于所述第一 MOS管的第二極及所述讀出電路之間；所述等效有效像元包括第二 MOS管及第二開關(guān)，其中，所述第二 MOS管的柵極連接第二可調(diào)電壓，第二極接地，所述第二開關(guān)連接于所述第二 MOS管的第一極及所述讀出電路之間。本發(fā)明具有以下有益效果:可以顯著提高面陣型紅外探測(cè)器的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率；2)實(shí)現(xiàn)了面陣型紅外探測(cè)器中MEMS結(jié)構(gòu)制造前的全功能測(cè)試；3)降低面陣型紅外探測(cè)器產(chǎn)品的測(cè)試封裝成本。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1顯示為本發(fā)明的面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2顯示為本發(fā)明的利用所述面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路對(duì)讀出電路的測(cè)試方法的步驟流程示意圖。
[0033]圖3顯示為本發(fā)明的面陣型紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0035]10等效盲像元
[0036]20等效有效像元
[0037]30讀出電路
[0038]Mbeqv第一 MOS 管
[0039]Ml第一開關(guān)
[0040]Maeqv第二 MOS 管
[0041]M2第二開關(guān)
[0042]Sll?S13步驟I)?步驟3)
【具體實(shí)施方式】
[0043]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0044]請(qǐng)參閱圖1?圖3。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0045]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種面陣型紅外探測(cè)器的像元等效電路，至少包括:
[0046]等效盲像元10，用于模擬MEMS盲像元，提供等效對(duì)照信號(hào)；
[0047]等效有效像元20，用于模擬MEMS有效像元，提供等效探測(cè)信號(hào)；
[0048]讀出電路30，用于對(duì)所述等效對(duì)照信號(hào)及等效探測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大及讀出；
[0049]所述等效盲像元10包括第一 MOS管Mbeqv及第一開關(guān)Ml，其中，所述第一 MOS管Mbeqv的柵極連接第一可調(diào)電壓VBEQV，第一極連接電源VSK，所述第一開關(guān)Ml連接于所述第一 MOS管Mbeqv的第二極及所述讀出電路30之間；
[0050]所述等效有效像元20包括第二 MOS管Maeqv及第二開關(guān)M2，其中，所述第二 MOS管Maeqv的柵極連接第二可調(diào)電壓VAEQV，第二極接地VDET，所述第二開關(guān)M2連接于所述第二 MOS管Maeqv的第一極及所述讀出電路30之間。
[0051]作為示例，通過(guò)調(diào)節(jié)所述第一可調(diào)電壓以調(diào)節(jié)所述第一 MOS管Mbeqv的電阻，實(shí)現(xiàn)所述等效盲像元10對(duì)MEMS盲