[发明专利]一种红外焦平面阵列暗场电流的补偿电路及其补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外焦平面热像仪，具体涉及一种红外焦平面阵列暗场电流的补偿电路及其补偿方法。

背景技术

红外焦平面热像仪是一种可探测目标的红外辐射，并能通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，是集光、机、电等尖端技术于一体的高科技产品。它在军事、空间技术、医学以及国民经济相关领域正得到日益广泛的应用。因其具有较强的抗干扰能力，隐蔽性能好、跟踪、制导精度高等优点，在军事领域获得了广泛的应用。

红外焦平面阵列(IRFPA)是红外成像技术中获取红外图像信号的核心光电器件，是一种集光电转换和信号处理于一体的固体光电摄像器件，它一般由两个基本结构组成：红外探测器阵列和读出电路。在美国、法国和英国等发达国家，单色红外焦平面器件的技术已经基本成熟，256×256元碲镉汞焦平面探测器已经装备美国AGM-130空对地导弹，320×256元碲镉汞焦平面探测器在欧洲Storm Shadow/Scalp E-G空对地巡航导弹上开始应用，256×256元InSb焦平面装备了以色列箭-2反导系统及美国标准II-IVA导弹，640×512元InSb美国战区高空区域防御系统拦截弹(THAAD)；640×480元InSb热成像仪则装备了F-22、V-22、F18-E/F等战机。在向更大规模的凝视型面阵焦平面探测器、双色探测器发展的历程中，长波器件已达到640×480元的规模，中、短波器件达到了2048×2048的规模，长线阵的扫描型焦平面因其在空间对地观测方面的需求受到了高度地重视。

读出电路是一种专用的数模混合信号集成处理电路，其功能是对探测器感应的微弱红外电信号进行前置处理(如积分、放大、滤波和采样/保持等)及信号的并/串行转换。目前主要有CCD型读出电路CMOS型读出电路。随着CMOS工艺的不断成熟、完善和发展，CMOS读出电路因其众多的优点而成为当今读出电路的主要发展方向。国内的工艺水平还处于一个较低的发展水平上，电路的实现能力不能满足设计的需要，这就使得读出电路的发展水平较低，且国内对读出电路的研究较少，缺乏成熟的经验可以借鉴，因此开展这方面的工作是很有意义的。

在读出电路中，敏感电阻的敏感电流是由于其两端加上的偏压而产生的，在无红外辐射的情况下产生的电流，我们称之为暗场电流。红外辐射强度的改变会造成微测辐射热计的温度改变，从而使微测辐射热计等效电阻改变，最终使产生的敏感电流发生变化。暗场电流是一种固有电流，通常情况下，热敏电阻一般在10KΩ～1MΩ，偏置电压一般在几百毫伏到几伏之间，因此其暗场电流一般在μA量级。而敏感电流对应着物体温度的变化，通常情况下，物体温度变化1℃，热敏电阻变化0.01℃，被探测的热敏电阻阻值的变化ΔR＝R_s×α×0.01，其中α为电阻温度系数(TCR)，典型值为-0.02，可以看出ΔR将是一个很小的变化，由此造成的电流的变化在nA量级。因此相对于暗场电流，热敏电流的变化是很小的。同时过高的暗场电流会使积分器电容很快饱和，失去积分器的作用。因此需要采用暗场电流补偿的方式去除暗场电流使得流入积分器的电流为敏感电流。