[发明专利]一种高集成度多功能像素单元及其偏置电路

说明书

技术领域

本发明涉及红外焦平面读出电路的像素单元电路,特别涉及一种高集成度多功能像素单元及其偏置电路,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。

读出电路工作时，像素阵列与探测器阵列一一对应，用于感应微弱的信号电流，并把它转换成电压信号，输出到下一级。像素单元是读出电路的核心单元单路，其设计要求在一定面积限制内选择适合不同探测器的最优电路结构并完成电路设计，读出电路中像素单元电路的性能直接关系到整个焦平面成像的性能。像素单元电路中，探测器偏压的稳定对于红外成像系统是非常重要的，当探测器注入电流过大，使得积分输出达到极限时(电源电压或者地)，如果积分还在继续，那么积分电容两极板的压差将继续增大，此时输出端电压已无法变化，那么输入端的电压将会发生变化，也就是说此时探测器偏压将不再保持恒定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高集成度多功能像素单元及其偏置电路，引入了抗饱和(Anti-bloom)功能，同时由于电路测试的需要，在像素单元中需具有测试的功能，由于像素单元电路对于面积限制，就需要在尽量小的面积内实现尽量多的功能。本发明设计的像素单元能在尽可能小的面积内实现了抗饱和并具有测试功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高集成度多功能像素单元及其偏置电路，其特征在于：

像素单元包括红外探测器、注入PMOS管M1、多功能PMOS管M2、复位NMOS管M3、行选NMOS管M4和积分电容C1，红外探测器的输出连接注入PMOS管M1的源极，注入PMOS管M1的漏极与多功能PMOS管M2的源极、复位NMOS管M3的漏极、行选NMOS管M4的源极以及积分电容C1的一端连接在一起，注入PMOS管M1的栅极连接偏置电路产生的积分控制信号INT，多功能PMOS管M2的漏极连接模拟信号VM，多功能PMOS管M2的栅极连接偏置电路产生的控制信号VCON，复位NMOS管M3的源极接地，复位NMOS管M3的栅极连接复位控制信号VRST，积分电容C1的另一端接地，行选NMOS管M4的栅极连接行选控制信号LSEL，行选NMOS管M4的漏极为积分信号的输出端，将积分的结果输出到后续的读出电路中；

偏置电路包括NMOS管M5、NMOS管M6、NMOS管M9、NMOS管M11及PMOS管M7、PMOS管M8、PMOS管M10，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电阻R1的一端连接电源VDD，电阻R1的另一端连接NMOS管M5的漏极，NMOS管M5的栅极与NMOS管M6的栅极互连，NMOS管M5的源极和衬底以及NMOS管M6的源极和衬底均接地，NMOS管M6的漏极连接电阻R5的一端和PMOS管M7的栅极，电阻R5的另一端与电阻R4的一端、PMOS管M10的源极以及NMOS管M11的漏极连接在一起，电阻R4的另一端与PMOS管M7的漏极以及PMOS管M8的源极与NMOS管M9的互连端连接在一起并作为积分控制信号INT的输出端连接像素单元中注入PMOS管M1的栅极，PMOS管M7的源极分别连接电阻R2和电阻R3的一端，电阻R2的另一端连接外部调整电压VDET_ADJ，电阻R3的另一端连接电源VDD和PMOS管M7的衬底，NMOS管M9的栅极连接模拟信号VM，PMOS管M8的栅极连接模拟信号VM的反相信号VM_，PMOS管M10的栅极连接模拟信号VM，NMOS管M11的栅极连接模拟信号VM的反相信号VM_，PMOS管M8的漏极与NMOS管M9的源极互连并与PMOS管M10的漏极与NMOS管M11的源极互连端连接在一起，作为控制信号VCON的输出端连接像素单元中多功能PMOS管M2的栅极。

本发明的优点及显著效果：

(1)本发明通过对多功能管M2及其偏置电压的优化设计，实现了在不同的偏置条件下，M2能够分别实现测试电流的注入功能和抗饱和的功能，通过同一个MOS管M2的复用实现多重功能从而降低了像素单元的面积和整个芯片的面积和成本。

(2)本发明在像素单元有限面积内，能够保证注入管以及探测器工作在较为理想的状态。

附图说明

图1为本发明的像素单元的电路图；

图2为本发明像素单元的的偏置电路图。