[发明专利]抗辐照高动态焦平面读出电路

说明书

本发明提供一种抗辐照高动态焦平面读出电路，包括可调补偿电流源、运算放大器和积分电容，可调补偿电流源的第一端接地，第二端连接积分电容的第一端，积分电容的第一端还与未遮蔽焦平面探测器的输出端以及运算放大器的反相输入端连接，第二端与运算放大器的输出端连接，运算放大器的同相输入端连接参考电压，可调补偿电流源提供补偿电流和高动态调整电流，补偿电流用于抵消所述焦平面探测器辐照之后增加的暗电流，从而实现焦平面探测器抗辐射加固；高动态调整电流用于压缩焦平面探测器输出的光生电流，以使所述积分电容在相同输出摆幅条件下能够表征更大的光生电流值，从而实现高动态范围。

技术领域

本发明属于焦平面信号读出领域，具体涉及一种抗辐照高动态焦平面读出电路。

背景技术

以短波红外为代表的焦平面成像系统在航天、军事领域有着广泛的应用。在这些高端应用的场景中，抗辐照能力的强弱均作为了衡量焦平面成像系统性能的重要指标。焦平面成像系统通常包括焦平面探测器以及焦平面读出电路两部分。读出电路本身，通过现有的环形栅结构、保护环设计等技术手段可以达到比较好的抗辐照效果。但是辐照将对焦平面探测器产生非常大的影响，致使焦平面探测器暗电流成指数增长，远远大于探测器本身的暗电流，甚至淹没光生电流，使得整个焦平面成像系统失效。因此，焦平面探测器的抗辐照加固是整个焦平面成像系统的关键。现有技术中，对焦平面探测器的抗辐照加固通常需要复杂的结构与工艺设计实现，这些复杂的设计将使得焦平面探测器成本升高，且这些技术门槛较高，并一直对外保密。

另外，对于焦平面成像系统而言，通常需要较大的动态范围，才能够在高低不同的背景条件下成像。通常通过设置大小不同的两个积分电容来实现，小积分电容应用于低背景条件下，表现出高的电荷电压转换增益，能将弱光转换为电压信号；大积分电容应用于高背景条件下，表现出低的电荷电压转换增益，能将强光转换为电压信号。由此，目前焦平面成像系统中焦平面探测器的抗辐照成本较高且结构复杂，焦平面成像系统需要采用两个电容来保证读出电路高动态范围，使得读出电路的面积较大。

发明内容

本发明提供一种抗辐照高动态焦平面读出电路，以解决目前焦平面探测器抗辐照成本较高、结构复杂且读出电路面积较大的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种抗辐照高动态焦平面读出电路，包括可调补偿电流源、运算放大器和积分电容，所述可调补偿电流源的第一端接地，第二端连接所述积分电容的第一端，所述积分电容的第一端还与未遮蔽焦平面探测器的输出端以及所述运算放大器的反相输入端连接，第二端与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的同相输入端连接参考电压，所述可调补偿电流源提供补偿电流和高动态调整电流，所述补偿电流用于抵消所述焦平面探测器辐照之后增加的暗电流，从而实现所述焦平面探测器抗辐照加固；所述高动态调整电流用于压缩所述焦平面探测器输出的光生电流，以使所述积分电容在相同输出摆幅条件下能够表征更大的光生电流值，从而实现高动态范围。

在一种可选的实现方式中，还包括与所述积分电容并联的复位开关。

在另一种可选的实现方式中，所述可调补偿电流源包括用于提供补偿电流的镜像电流源，所述镜像电流源的输入端与遮蔽焦平面探测器的输出端连接，用于将遮蔽焦平面探测器输出的电流作为暗电流镜像提供给所述积分电容的第一端，所述遮蔽焦平面探测器不可探测目标光源。

在另一种可选的实现方式中，所述镜像电流源包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的漏极连接所述遮蔽焦平面探测器的输出端，栅极连接所述第二MOS管的栅极，源极接地并连接所述第二MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极接地，漏极连接所述积分电容的第一端。

在另一种可选的实现方式中，所述积分电容为在低背景条件下将弱光转换为电压信号的小积分电容。

在另一种可选的实现方式中，当焦平面探测器处于低背景条件下时，将所述高动态调整电流设置为0。