[发明专利]一种高动态范围红外焦平面读出电路

说明书

技术领域

本发明涉及双色探测红外成像技术中获取红外图像信号的红外焦平面读出电路，尤其是一种高动态范围红外焦平面读出电路，属于光电子技术及微电子技术领域。

背景技术

红外成像技术在军事、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。红外焦平面阵列组件是红外成像技术中获取红外图像信号的核心光电器件。该组件由红外探测器和红外焦平面读出电路（ROIC：readout integrated circuits）组成。

ROIC电路是把焦平面的各功能集成在单一的半导体芯片中的高集成度电路，其基本功能是进行红外探测信号的转换、放大以及多路传输，即将数据从许多探测器端依次传输到输出端。ROIC的每个像素单元有特定的探测器、放大器和开关。现有的ROIC电路包括行选择信号产生电路、列选择信号产生电路、像素单元电路、列读出级电路和输出缓冲级。像素单元电路是ROIC域探测器的接口电路，为探测器提供固定偏压，并将探测器采集到的电流信号进行光电流积分（如电荷转化成电压）。

动态范围与电荷存储能力、噪声等性能指标密切相关，是读出电路及其重要的参数指标，它在红外成像系统中，直接代表了图像中所能显示的物体温度变化范围，高动态范围能使图像显示视场中更大的温度变化范围，而相同温度变化范围的视场中，高的动态范围能提高成像的精度和探测器的灵敏度，使它能达到高的对比度。据国内不同红外探测系统研究单位所述，目前国内研制的读出电路，特别是应用于高背景红外探测下的读出电路，大都存在动态范围小的缺陷，严重影响了成像质量，成为红外焦平面阵列进一步发展过程中继续解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种高动态范围红外焦平面读出电路，它能够处理变化范围非常大的探测器电流。

本发明采用如下技术方案来实现：

一种高动态范围红外焦平面读出电路，其特征是：包括像素单元电路、比较计数电路、电荷重新分配控制电路及数字模拟转化电路，像素单元电路的输出分别连接比较计数电路和电荷重新分配控制电路，比较计数电路的一个输出连接像素单元电路，比较计数电路的另一个输出分别连接数字模拟转化电路和电荷重新分配控制电路，数字模拟转化电路的输出连接电荷重新分配控制电路；其中：

像素单元电路包括注入管M1、第一复位管M2、第二复位管M3以及积分电容C1，注入管M1的源极接红外探测器的一端，红外探测器的另一端接地，注入管M1的栅极接积分信号CHARGE1，注入管M1的漏极与积分电容C1的一端、第一复位管M2的漏极以及第二复位管M3的漏极连接并作为像素单元电路的输出端，积分电容C1的另一端与第一复位管M2的源极以及第二复位管M3的源极连接在一起并接地，第一复位管M2的栅极接第一复位信号reset1，第二复位管M3的栅极接第二复位信号reset2；

比较计数电路包括一个比较器、两个反相器和一组10位异步计数器，像素单元电路的输出端连接比较器的正向输入端，比较器的反向输入端接参考电平Vref，比较器的输出端连接第一反相器的输入端，第一反相器的输出端连接第二反相器的输入端，第二反相器的输出作为第二复位信号reset2分别连接像素单元电路中第二复位管M3的栅极和10位异步计数器的计数输入端，10位异步计数器的计数复位端连接计数复位信号RST，10位异步计数器输出10位由低位到高位的2进制数S〈1〉～S〈10〉；