本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高速紅外圖像傳感器讀出電路。

背景技術(shù)：

由于利用了紅外線的特殊屬性，紅外圖像傳感器在氣象監(jiān)測，醫(yī)療檢測，軍事探測，火災(zāi)監(jiān)測等多個領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，紅外圖像傳感器芯片獲得了極大的成功。由于其體積較小，應(yīng)用方便的優(yōu)點，逐漸變?yōu)闃I(yè)界主流。

紅外圖像傳感器利用片上紅外感光陣列接收紅外線的變化，之后通過讀出電路將各個像素點的光生電流變化轉(zhuǎn)換為光生電壓，隨后利用ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)對光生電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，隨后將輸出數(shù)據(jù)通過數(shù)字編碼獲得一幅紅外照片。

傳統(tǒng)紅外圖像傳感器的讀出電路包括自積分，直接注入，電容反饋跨阻放大器等架構(gòu)。這些架構(gòu)均需要將光生電流對電容做積分處理，需要一定的積分時間，因此限制了光生電壓的讀出速度，在需要高速讀出的應(yīng)用場合變得不適用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種高速紅外圖像傳感器讀出電路，可以有效提高紅外圖像傳感器的讀出速度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高速紅外圖像傳感器讀出電路，包括：

光生電壓產(chǎn)生模塊，用于將接收紅外線照射時的紅外感光單元的阻抗變化轉(zhuǎn)換為光生電壓變化；

輸出驅(qū)動模塊，用于向下一級輸出光生電壓；

其中，所述光生電壓產(chǎn)生模塊包括紅外暗像素單元，運算放大器，第一、第二MOS管，紅外感光單元；

所述紅外暗像素單元與所述紅外感光單元均為二端口器件，所述紅外暗像素單元的一端與第一參考電壓相連，另一端與所述第一MOS管的漏極相連；

所述運算放大器的負(fù)向輸入端與第二參考電壓相連，其輸出端與所述第一MOS管的柵極相連，其正向輸入端與所述第一MOS管的源極及所述第二MOS管的漏極相連；

所述紅外感光單元的一端與所述第二MOS管的源極相連，另一端與電源負(fù)極相連；

所述第一MOS管的漏極與所述輸出驅(qū)動模塊相連；

所述紅外暗像素單元不接收紅外線照射，所述紅外感光單元接收紅外線照射。

優(yōu)選地，所述紅外暗像素單元與所述紅外感光單元在高速紅外圖像傳感器讀出電路中分別作為一個等效電阻。

優(yōu)選地，所述紅外暗像素單元與所述紅外感光單元由同種材料制成。

優(yōu)選地，所述紅外暗像素單元與所述紅外感光單元在同一工藝中制成。

優(yōu)選地，所述輸出驅(qū)動模塊包括第三MOS管和電流源；其中，所述第三MOS管的柵極與所述第一MOS管的漏極相連，其漏極與電源正極相連，其源極與所述電流源的正極相連，并作為所述高速紅外圖像傳感器讀出電路的輸出端；所述電流源的負(fù)極與電源負(fù)極相連。

優(yōu)選地，所述第一-第三MOS管為NMOS管。

優(yōu)選地，所述第一MOS管的漏極電壓與所述紅外感光單元的等效電阻值具有對應(yīng)關(guān)系。

優(yōu)選地，所述第一MOS管的漏極電壓為經(jīng)光生電壓產(chǎn)生模塊轉(zhuǎn)換的光生電壓。

優(yōu)選地，所述高速紅外圖像傳感器讀出電路的輸出電壓與所述紅外感光單元的等效電阻值具有對應(yīng)關(guān)系。

本發(fā)明的高速紅外圖像傳感器讀出電路在選中當(dāng)前像素后即可立即讀出輸出電壓，與傳統(tǒng)架構(gòu)相比不需要進(jìn)行電容充放電，極大地節(jié)省了紅外圖像傳感器的讀出處理時間，因此非常適用于高速讀出的應(yīng)用場合。此外，由于紅外暗像素單元和紅外感光單元采用同種材料制作，因此二者受工藝偏差的影響是一致的，可以極大地降低工藝偏差帶來的影響，提高高速讀出時的精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一較佳實施例的一種高速紅外圖像傳感器讀出電路的電路原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

在以下本發(fā)明的具體實施方式中，請參閱圖1，圖1是本發(fā)明一較佳實施例的一種高速紅外圖像傳感器讀出電路的電路原理圖。如圖1所示，本發(fā)明的一種高速紅外圖像傳感器讀出電路，包括光生電壓產(chǎn)生模塊，如圖中虛線框1內(nèi)結(jié)構(gòu)所示，以及與光生電壓產(chǎn)生模塊連接的輸出驅(qū)動模塊，如圖中虛線框2內(nèi)結(jié)構(gòu)所示。光生電壓產(chǎn)生模塊用于將接收紅外線照射時的紅外感光單元的阻抗變化轉(zhuǎn)換為光生電壓變化；輸出驅(qū)動模塊用于向下一級輸出光生電壓。

請參閱圖1。所述光生電壓產(chǎn)生模塊至少包括一個紅外暗像素單元，一個運算放大器，第一、第二MOS管，以及一個紅外感光單元。所述紅外暗像素單元與所述紅外感光單元均為二端口器件，其在高速紅外圖像傳感器讀出電路中可分別等效為一個電阻。所述紅外暗像素單元與所述紅外感光單元可由同種材料制成；并且，所述紅外暗像素單元與所述紅外感光單元可進(jìn)一步在同一工藝中同時制成。其中，所述紅外暗像素單元不接收紅外線照射，只采用所述紅外感光單元接收紅外線照射。

請參閱圖1。所述紅外暗像素單元等效電阻R_dark的一端與參考電壓V₁(第一參考電壓)相連，等效電阻R_dark的另一端與所述第一MOS管M1的漏極相連于節(jié)點N1。所述運算放大器OPA1的負(fù)向輸入端與參考電壓V₂(第二參考電壓)相連，運算放大器OPA1的輸出端與所述第一MOS管M1的柵極相連，運算放大器OPA1的正向輸入端與所述第一MOS管M1的源極及所述第二MOS管M2的漏極相互連接于節(jié)點N2。所述紅外感光單元等效電阻R_det的一端與所述第二MOS管M2的源極相連，紅外感光單元等效電阻R_det的另一端與電源負(fù)極VSS相連，所述第二MOS管M2的柵極接輸入端S0。所述第一MOS管M1的漏極與所述輸出驅(qū)動模塊相連。

根據(jù)運算放大器的虛短虛斷原理，節(jié)點N2的電壓等于第二參考電壓V₂。因此，紅外感光單元流過的電流I_S將滿足公式(1)：

節(jié)點N1處的電壓V_N1滿足公式(2)：

設(shè)定k₁為V₁和V₂的電壓比值，則有公式(3)：

因此，可得到公式(4)：

公式(4)中節(jié)點N1處的電壓V_N1即所述第一MOS管M1的漏極電壓，就是經(jīng)光生電壓產(chǎn)生模塊轉(zhuǎn)換的光生電壓。

當(dāng)紅外感光單元接收不同紅外線照射時，其阻值R_det會發(fā)生相應(yīng)變化。公式(4)中k₁、紅外暗像素單元阻值R_dark、第二參考電壓V₂均為定值，因此，節(jié)點N1處的電壓V_N1的電壓值將只隨R_det的變而變化，即所述第一MOS管的漏極電壓與所述紅外感光單元的等效電阻值具有對應(yīng)關(guān)系。同時，由于紅外暗像素單元和紅外感光單元采用同種材料制作，因此二者受工藝偏差的影響是一致的；而公式(4)中R_dark和R_det是一個比值，因此可以極大地降低工藝偏差帶來的影響。

請參閱圖1。所述輸出驅(qū)動模塊可至少包括第三MOS管M3和電流源I1。所述第三MOS管M3的柵極與所述第一MOS管的漏極相連于節(jié)點N1，第三MOS管M3的漏極與電源正極V_DD相連，第三MOS管M3的源極與所述電流源I1的正極相連于節(jié)點V_OUT，其作為本發(fā)明高速紅外圖像傳感器讀出電路的輸出端，用于向下一級輸出光生電壓。所述電流源I1的負(fù)極與電源負(fù)極VSS相連。

上述第一-第三MOS管可以采用NMOS管。

由于第三MOS管M3是為源跟隨接法，因此讀出電路的輸出電壓V_OUT將滿足公式(5)：

由于電流源I1的電流是定值，因此第三MOS管M3的柵源電壓V_GS3也為定值；因此，本發(fā)明讀出電路的輸出電壓V_OUT與紅外感光單元的等效電阻值R_det一一對應(yīng)。

也可以采用與本發(fā)明上述高速紅外圖像傳感器讀出電路等效的其他任意電路結(jié)構(gòu)來構(gòu)成本發(fā)明的上述高速紅外圖像傳感器讀出電路。

本發(fā)明提出的高速紅外圖像傳感器讀出電路在選中當(dāng)前像素后即可立即讀出輸出電壓，與傳統(tǒng)架構(gòu)相比不需要進(jìn)行電容充放電，極大地節(jié)省了紅外圖像傳感器的讀出處理時間，因此非常適用于高速讀出的應(yīng)用場合。并且，由于紅外暗像素單元和紅外感光單元采用同種材料制作，因此二者受工藝偏差的影響是一致的，可以極大地降低工藝偏差帶來的影響，提高高速讀出時的精度。

以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。