[发明专利]红外焦平面阵列读出电路

说明书

本发明提供一种红外焦平面阵列读出电路，包括负电荷泵模块、相互连接的信号输入模块以及积分采样保持模块、以及与所述积分采样保持模块连接的增益放大模块，所述负电荷泵模块分别与信号输入模块以及积分采样保持模块连接。通过预设或者调节负偏压，使得第一运算放大器以及第二运算放大器的共模输入电压为零，从而使得积分电容电压以及采样电容电压从基准电压变化到接地电压，实现光电流信号全摆幅积分以及光电压信号全摆幅采样保持，并将光电压采样信号进行全摆幅缓冲输出，从而延长了积分时间，输出全摆幅信号，达到提高红外焦平面阵列中读出电路的信号输出质量的目的。

技术领域

本发明涉及读出集成电路领域，特别是一种红外焦平面阵列读出电路。

背景技术

红外焦平面阵列是先进红外系统中的核心器件，广泛应用在红外热成像、侦察夜视、精确制导、搜索跟踪及监视预警等领域中。红外焦平面阵列一般由两部分组成：红外探测器和读出电路，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，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，最终将信号送达监视系统，形成图像。

读出电路(ROIC)是采用标准CMOS硅工艺制作的集成电路，是红外焦平面阵列的重要组成部分，通过铟柱倒焊方式与红外探测器连接，读出电路一般由单元运算放大器、信号预处理及传输电路、输出放大器以及数字控制电路等部分构成。

现阶段红外焦平面阵列的发展方向是大面阵、高分辨率、双色/多色、甚长波红外探测器、主被动雪崩光电二极管等，而这些都要求读出电路具备较小的面积，以便实现与红外探测器的匹配；并要求读出电路具备较长的积分时间，以便达到所需要的信噪比(SNR)。

专利201310150721.6《一种具有记忆功能背景抑制结构的读出集成电路》和专利CN203629686U《一种具有两步背景抑制功能的读出集成电路》介绍了通过减除背景电流来提高积分时间的方法。专利201310150721.6通过部分模块共享的方式来节省面积，从而在单元内放置较大的积分电容，延长读出电路积分时间，专利CN203629686U通过简化单元电路的结构来获得足够的电容大小，目前也有通过层叠电容的方式来增大积分电容，延长积分时间，提高焦平面输出信号的信噪比。但是随着读出电路工艺尺寸的减小以及电源电压的降低，上述读出集成电路的输出摆幅难以满足需求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的输出摆幅难以满足需求的问题，本发明的目的在于提供一种红外焦平面阵列读出电路，使得红外焦平面阵列中读出电路能够输出全摆幅信号，从而提高红外焦平面阵列中读出电路的信号输出质量。

一种红外焦平面阵列读出电路，包括负电荷泵模块、相互连接的信号输入模块以及积分采样保持模块、以及与所述积分采样保持模块连接的增益放大模块，所述负电荷泵模块分别与信号输入模块以及积分采样保持模块连接；

所述信号输入模块包括第一运算放大器以及积分电容，第一运算放大器的电源负极端接收负电荷泵模块输出的负偏压、调节共模输入电压，所述第一运算放大器将从反相输入端接收的光电流信号放大，通过输出端输出放大后的光电流信号至积分电容；所述积分电容将光电流信号转换为光电压信号；

所述积分采样保持模块包括第二运算放大器以及采样电容，第二运算放大器的电源负极端接收负电荷泵模块输出的负偏压、调节共模输入电压，所述第二运算放大器将从同相输入端接收的光电压信号放大，通过输出端输出放大后的光电压信号至采样电容；所述采样电容对所述光电压信号进行采样和保持；

所述增益放大模块将光电压采样信号进行缓冲输出。