一種非制冷紅外焦平面陣列探測器的讀出電路的制作方法
【專利說明】
[0001] 一種非制冷紅外焦平面陣列探測器的讀出電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及紅外焦平面陣列探測器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種非制冷紅外焦平面 陣列探測器的讀出電路。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 夜視技術(shù)，分為兩個方向：微光成像技術(shù)和紅外熱成像技術(shù)。夜視技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn) 爭中具有重要地位，裝備夜視器材的武器裝備遍及海陸空作戰(zhàn)平臺，應(yīng)用于大中小型武器 系統(tǒng)，因此掌握先進的夜視技術(shù)對于控制戰(zhàn)場形勢具有至關(guān)重要的意義。與微光成像技術(shù) 相比，紅外熱成像技術(shù)制作工藝復(fù)雜，生產(chǎn)維護成本高，但在作用距離、圖像質(zhì)量、晝夜共 用問題、可應(yīng)用領(lǐng)域等方面具有顯著優(yōu)勢。
[0005] 紅外熱成像技術(shù)的核心技術(shù)是探測器技術(shù)。按照工作溫度分類，紅外探測器分為 制冷型和非制冷型。非制冷紅外熱成像技術(shù)具有價格低、體積小、功耗低、性能可靠、操作方 便等優(yōu)點，成為必然的主流技術(shù)。
[0006] 非制冷紅外焦平面陣列探測器可在常溫下工作，無需制冷設(shè)備，并具有質(zhì)量輕、體 積小、壽命長、成本低、功耗小、啟動快及穩(wěn)定性好等優(yōu)點，滿足了民用紅外系統(tǒng)和部分軍事 紅外系統(tǒng)對長波紅外探測器的迫切需要，因而使這項技術(shù)得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng) 用。讀出電路（R0IC)是非致冷紅外焦平面陣列（IRFPA)的關(guān)鍵部件之一，它的主要功能是 對紅外探測器感應(yīng)的微弱信號進行預(yù)處理(如積分、放大、濾波、采樣/保持等）和陣列信號 的并/串行轉(zhuǎn)換。視探測器所用材料和工作方式的不同，讀出電路結(jié)構(gòu)隨之變化，以在滿足 幀頻的要求下獲得最大的信噪比（SNR)。
[0007] 微測輻射熱計焦平面陣列（FPA)具有較高的靈敏度，是應(yīng)用最廣泛的一種非制冷 紅外焦平面陣列探測器。其工作原理是熱敏材料吸收入射的紅外輻射后溫度改變，從而引 起自身電阻值的變化，通過測量其電阻值的變化來探測紅外輻射信號的大小。微測輻射熱 計普遍采用微機械加工技術(shù)制作的懸臂梁微橋結(jié)構(gòu)，橋面沉積有一層具有高電阻溫度系數(shù) (TCR)的熱敏材料，橋面由兩條具有良好力學(xué)性能并鍍有導(dǎo)電材料的橋腿支撐，橋腿與襯底 的接觸點為橋墩，橋墩電學(xué)上連接到微測輻射熱計FPA下的硅讀出電路（R0IC)上。通過橋 腿和橋墩，熱敏材料連接到讀出電路的電學(xué)通道中，形成一個對溫度敏感并連接到讀出電 路上的像素單元。熱敏材料吸收的熱量主要由三個來源：襯底溫度變化引起的熱敏材料溫 度變化、吸收紅外輻射量導(dǎo)致的熱敏材料溫度變化以及微測輻射熱計偏置電路產(chǎn)生的偏置 熱引起的熱敏材料溫度變化。
[0008] 經(jīng)過多年的發(fā)展和技術(shù)的進步，非制冷紅外焦平面陣列探測器已在噪聲上滿足使 用需要，然而人們在非制冷紅外探測器性能、圖像質(zhì)量、穩(wěn)定性、功耗、體積和成本上都有了 更高的要求。
[0009]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的之一是提供一種能夠使微測輻射熱計的偏置電路的偏置熱更穩(wěn)定 從而消除或者減小偏置熱的變化帶來的不利影響的非制冷紅外焦平面陣列探測器的讀出 電路。
[0011] 本發(fā)明公開的技術(shù)方案包括： 提供了一種非制冷紅外焦平面陣列探測器的讀出電路，其特征在于，包括：偏置熱穩(wěn)定 電路10,所述偏置熱穩(wěn)定電路10包括通道級的參考微測輻射熱計Rb并為所述參考微測輻 射熱計Rb提供恒定的偏置電流；檢測電路20,所述檢測電路20連接到像素級的探測微測輻 射熱計&和所述偏置熱穩(wěn)定電路10,并根據(jù)所述參考微測輻射熱計Rb和所述探測微測輻 射熱計Rs產(chǎn)生探測輸出信號；積分電路30,所述積分電路30連接到所述檢測電路20并對 所述檢測電路20的探測輸出信號進行積分，獲得輸出信號。
[0012] 本發(fā)明的一個實施例中，所述偏置熱穩(wěn)定電路10還包括芯片級的第一晶體管 MP1、芯片級的第二晶體管MP2、通道級的第三晶體管MP3和通道級的第四晶體管MP4,其中： 所述第一晶體管MP1的源極連接到系統(tǒng)電源VDD，所述第一晶體管MP1的漏極通過第一恒流 源101接地，所述第一晶體管MP1的柵極連接到所述第一晶體管MP1的漏極；所述第二晶體 管MP2的源極連接到系統(tǒng)電源VDD，所述第二晶體管MP2的漏極通過第二恒流源102接地，所 述第二晶體管MP2的柵極連接到所述第二晶體管MP2的漏極并且連接到所述參考微測輻射 熱計Rb的一端；所述參考微測輻射熱計R b的另一端連接到所述第三晶體管MP3的源極；所 述第三晶體管MP3的漏極連接到所述第四晶體管MP4的源極并且連接到所述檢測電路20， 所述第三晶體管MP3的柵極連接到所述第四晶體管MP4的柵極；所述第四晶體管MP4的漏 極接地。
[0013] 本發(fā)明的一個實施例中，所述檢測電路20包括第五晶體管MP5,其中：所述第五晶 體管MP5的源極連接到所述第三晶體管MP3的漏極并且連接到所述積分電路30,所述第五 晶體管MP5的漏極連接到所述探測微測輻射熱計Rs的一端，所述第五晶體管MP5的柵極連 接到偏置電壓Vfld;所述探測微測輻射熱計R 3的另一端接地。
[0014] 本發(fā)明的一個實施例中，所述第五晶體管MP5的源極通過開關(guān)S1連接到所述第三 晶體管MP3的漏極和所述積分電路30。
[0015] 本發(fā)明的實施例的讀出電路利用為參考微測輻射熱計提供穩(wěn)定的電流通路，實現(xiàn) 了偏置熱的穩(wěn)定，大大提尚整體電路的均勾性及可靠性，同時大大提尚了電路的抗尚壓性 及對環(huán)境的適應(yīng)性。
[0016]
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明一個實施例的非制冷紅外焦平面陣列探測器的讀出電路的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0018] 圖2是傳統(tǒng)的讀出電路輸出電壓隨目標(biāo)溫度在不同襯底溫度下的仿真圖。
[0019] 圖3是本發(fā)明實施例的讀出電路輸出電壓隨目標(biāo)溫度在不同襯底溫度下的仿真 圖。
[0020]
【具體實施方式】
[0021] 下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例的非制冷紅外焦平面陣列探測器的讀 出電路的具體結(jié)構(gòu)。
[0022] 圖1為本發(fā)明一個實施例的非制冷紅外焦平面陣列探測器的讀出電路的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0023] 如圖1所示，本發(fā)明一些實施例中，一種非制冷紅外焦平面陣列探測器的讀出電 路包括偏置熱穩(wěn)定電路10、檢測電路20和積分電路30。
[0024] 偏置熱穩(wěn)定電路10包括通道級的參考微測輻射熱計Rb并為所述參考微測輻射熱 計Rb提供恒定的偏置電流。檢測電路20連接到像素級的探測微測輻射熱計Rs和該偏置熱 穩(wěn)定電路10,并根據(jù)該參考微測輻射熱計Rb和該探測微測輻射熱計R s產(chǎn)生探測輸出信號。 積分電路30連接到檢測電路20并接收檢測電路20的探測輸出信號，并對檢測電路20的 探測輸出信號進行積分，從而獲得輸出信號。
[0025] 本發(fā)明的實施例中，偏置熱穩(wěn)定電路10為參考微測輻射熱計Rb提供恒定的偏置 電流，從而保證了偏置電路中盲象元的偏置熱恒定，大大提高了整體電路的均勻性及可靠 性，同時也大大提高了電路的抗高壓性及對環(huán)境的適應(yīng)性。
[0026] 如圖1所示，本發(fā)明的一些實施例中，偏置熱穩(wěn)定電路10還包括芯片級的第一晶 體管MP1、芯片級的第二晶體管MP2、通道級的第三晶體管MP3和通道級的第四晶體管MP4。
[0027] 第一晶體管MP1的源極連接到系統(tǒng)電源VDD;第一晶體管MP1的漏極通過第一恒流 源101接地；第一晶體管MP1的柵極連接到第一晶體管MP1的漏極。
[0028] 第二晶體管MP2的源極連接到系統(tǒng)電源VDD;第二晶體管MP2的漏極通過第二恒流 源102接地；第二晶體管MP2的柵極連接到第二晶體管MP2的漏極并且連接到參考微測輻 射熱計Rb的一端；參考微測輻射熱計R b的另一端連接到第三晶體管MP3的源極。