[实用新型]一种具有记忆功能背景抑制结构的读出电路

说明书

技术领域

本专利涉及红外焦平面读出集成电路，具体指一种具有记忆功能背景抑制结构的读出集成电路（Readout Integrated Circuit-ROIC），它用于甚长波红外焦平面阵列（Infrared Focus Plane Array-IRFPA）中，可以将探测器各像元背景电流进行精确复制记忆，并从光电流中减除，只对有效光信号电流进行积分放大、采样保持和信号输出。

背景技术

甚长波红外焦平面是先进红外系统中的核心器件。红外焦平面阵列一般由两部分组成：红外探测器阵列和读出电路阵列。焦平面上的红外探测器在接收到入射的红外辐射后，在红外辐射的入射位置上产生一个与入射红外辐射性能有关的局部电荷，传输给对应的读出电路单元。读出电路将对这些电信号进行积分放大、采样保持，再通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。

由于甚长波红外探测器禁带宽度比较窄，在生长过程中非常容易受到材料、生长工艺、实验室环境等多种因素影响。受现有工艺条件限制，现阶段甚长波探测器其自身等效电阻比较小，一般小于10KΩ；因此，读出电路输入级的输入电阻必须非常小。同时，为了防止产生过大的漏电流，探测器必须工作在精确的“零偏”状态下。另外，甚长波探测器暗电流比较大，且工作在高背景条件下，使得读出电路积分电容非常容易饱和，很难获得理想的信噪比（SNR）。甚长波探测器自身性能的缺陷，在很大程度上限制了甚长波红外焦平面的性能，且对读出电路设计提出了很高的要求。

由于使用了负反馈运放，一般采用BDI、CTIA、BGMI等结构作为甚长波红外焦平面读出电路的前置输入级。常规情况下采用单级放大器或五管差动放大器，虽然其低温工作性能良好，但由于增益较低，光电流注入效率非常低，探测器工作不稳定，噪声较大，难以满足实际需求。另外，现有的背景抑制电路一种是使用简单的电压—电流转换法，其精度低，并且其均至于BDI前置输入级的注入管之后，受MOS管沟道长度调制效应的影响，生成的背景电流不稳定；另一种具有记忆功能的背景抑制电路由于其结构复杂，占用面积大，很难在单元内实现。同时，读出电路单元面积有限，且必须使用较大的积分电容和采样电容，二者很难进行折衷。

发明内容

本专利的目的是提供一种具有记忆功能背景抑制结构的读出电路。该电路适用于甚长波红外焦平面阵列，其将探测器各个像元对应的背景电流自动平均、复制、记忆，采用2×2共享SBDI前置输入级模块作为输入级，解决现有背景抑制精度低，无法对各像元单独完成复制记忆，信号采集难度大，采集信号信噪比较低的问题。

该电路由背景抑制电路模块、SBDI前置输入级模块、采样保持电路模块、电流镜像电路模块、单位增益输出级模块和时序控制电路模块构成；其特征在于：

所述的背景抑制电路模块其结构包括简单镜像电路、3个记忆电容、记忆管和4个MOS管控制开关，其中所述的简单镜像电路有一对宽长比为2∶1和1∶1的NMOS管与一对宽长比为5∶1和1∶1的PMOS管构成；所述的3个记忆电容是500fF、50fF和500fF三个NW电容，它们首尾相连形成环状，二个500fF记忆电容相连端接电源VDD；所述的记忆管采用宽长比为4∶3的PMOS管，它的源极S端与简单镜像电路的输出端相连，漏极D端与控制开光相连，栅极G端与一个500fF与50fF的相连端相接；所述的4个MOS管控制开关是两对由一个NMOS管和一个PMOS虚拟管构成的开关，其中NMOS管φ₁和PMOS虚拟管构成的控制开关一端连接记忆管的栅极G端，另一端连接记忆管的漏极D端，NMOS管φ₂和PMOS虚拟管构成的控制开关一端连接第二个500fF与50fF记忆电容的相接端，另一端连接记忆管的漏极D端；

所述的SBDI前置输入级模块采用共享缓冲直接注入电路结构，由Mg0～Mg7八个共享MOS管和Mg8～Mg19十二个各像元单独使用的MOS管构成SBDI输入级模块的负反馈运放，所述的共享缓冲直接注入电路中的积分电容采用NW电容；

所述的电流镜像电路模块由宽长比分别为3∶3、12∶3、3∶3、12∶3的四个NMOS管构成；

所述的单位增益输出级模块采用增加了两个控制管的五管差动运算放大器；