[发明专利]一种自适应红外焦平面阵列读出电路

说明书

技术领域

本发明涉及红外焦平面阵列技术领域，尤其是涉及一种自适应红外焦平面阵列读出电路。

背景技术

根据普朗克辐射定理，任何温度高于绝对零度的物体，其内部都会发生分子热运动，从而产生波长不等的红外辐射。红外辐射具有强度和波长直接与物体表面温度有关的重要特征，提供了客观世界的丰富信息，但它是一种不可见的电磁波，如何将这种红外辐射转换为可测量的信号来探测客观世界成为人类不断奋斗的目标。红外焦平面阵列探测器通过光电转换、电信号处理等手段将目标物体的温度分布转换成视频图像，具有抗干扰能力强、隐蔽性能好、跟踪和制导精度高等优点，在军事和民用领域获得了广泛的应用。

非制冷红外焦平面阵列探测器可在常温下工作，无需制冷设备，并具有质量轻、体积小、寿命长、成本低、功耗小、启动快及稳定性好等优点，满足了民用红外系统和部分军事红外系统对长波红外探测器的迫切需要，因而使这项技术得到了快速的发展和广泛的应用。

读出电路(ROIC)是非制冷红外焦平面阵列（IRFPA）的关键部件之一，它的主要功能是对红外探测器感应的微弱信号进行预处理（如积分、放大、滤波、采样/保持等）和阵列信号的并/串行转换。视探测器所用材料和工作方式的不同，读出电路结构随之变化，以在满足帧频的要求下获得最大的信噪比（SNR）。

在大多数的红外技术应用中，目标的红外辐射非常微弱，探测器的光生电流或光生电压都非常小，加之各种噪声的干扰，目标信号几乎完全掩埋在各种噪声之中，故必须对输入信号进行某些必要的处理从而提取出目标信号，这就是读出电路要完成的主要工作。

微测辐射热计焦平面阵列(FPA)具有较高的灵敏度，是应用最广泛的一种非制冷红外焦平面阵列探测器。其工作原理是热敏材料吸收入射的红外辐射后温度改变，从而引起自身电阻值的变化，通过测量其电阻值的变化探测红外辐射信号的大小。微测辐射热计普遍采用微机械加工技术制作的悬臂梁微桥结构，桥面沉积有一层具有高电阻温度系数(TCR)的热敏材料，桥面由两条具有良好力学性能并镀有导电材料的桥腿支撑，桥腿与衬底的接触点为桥墩，桥墩电学上连接到微测辐射热计FPA下的硅读出电路(ROIC)上。通过桥腿和桥墩，热敏材料连接到读出电路的电学通道中，形成一个对温度敏感并连接到读出电路上的像素单元。

经过多年的发展和技术的进步，非制冷红外焦平面阵列探测器已在噪声上满足使用需要，然而人们在非制冷红外探测器性能、图像质量、稳定性、功耗、体积和成本上都有了更高的要求。其实非制冷红外焦平面阵列探测器并非真的完全不需要制冷，而是使用热电制冷器（Thermo-Electric Cooler, TEC）来稳定其工作温度，而TEC本身具有一定的体积和功耗，从而使非制冷红外焦平面阵列探测器的应用受到一定程度的影响，所以人们尝试去除TEC。然而去除TEC后，由于像元接受红外辐射后温度会升高，衬底温度的变化会导致焦平面阵列极大的非均匀性，影响读出结果。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够自适应地实现非制冷红外焦平面阵列衬底温度补偿的读出电路，消除TEC的同时也能够极大的抑制衬底温度变化对输出电压变化的影响。

本发明的目的之一是提供一种自适应红外焦平面阵列读出电路，该电路去掉了传统的非制冷红外焦平面读出电路中的TEC，大大减小芯片封装体积及制造成本，同时减小功耗及提高整体芯片均匀性与可靠性。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种自适应红外焦平面阵列读出电路，其特征在于，包括：自适应衬底温度补偿电路，所述自适应衬底温度补偿电路连接到通道级微测辐射热计盲电阻和像素级微测辐射热计红外敏感电阻；偏置电路，所述偏置电路连接到所述自适应衬底温度补偿电路并通过所述自适应衬底温度补偿电路为所述通道级微测辐射热计盲电阻和像素级微测辐射热计红外敏感电阻提供偏置电流；其中所述自适应衬底温度补偿电路基于所述通道级微测辐射热计盲电阻产生自适应偏置电压，并用所述自适应偏置电压偏置所述像素级微测辐射热计红外敏感电阻。

本发明的一个实施例中，还包括：积分电路，所述积分电路连接到所述自适应衬底温度补偿电路的输出端，并积分所述自适应衬底温度补偿电路的输出电流获得输出电压。