[实用新型]长波光导红外探测器非均匀性校正电路

说明书

技术领域

本专利涉及红外探测器读出电路领域，尤其是涉及线列和面阵长波光导红外探测器的非均匀性校正电路。

背景技术

红外探测器在航天探测方面起着不可替代的作用，长波红外探测器(波长在10微米以上)在低温目标探测、超视距探测和抗干扰目标识别等领域具有极其重要的用途，因此一直是红外探测器技术发展的一个重要方向。对于HgCdTe长波红外光导型探测器，怎么解决不同探测元之间的读出信号非均匀性是电路设计的关键难题和研究重点。

在HgCdTe长波光导型探测器制作过程中，由于工艺偏差和材料组分的缺陷，光导红外探测器存在一定的非均匀性。这种工艺带来的非均匀性不但严重影响读出电路的动态范围，而且还会导致输出表现出非均匀性，尤其是采用列级读出通道的探测器芯片会出现明显的列条纹，这种非均匀性产生的空间噪声通常远远大于时间噪声。光导型红外探测器电阻低且非均匀性大，影响光导探测器非均匀性的自身因素主要有电阻、电阻温度系数、热导、红外吸收率、热容等，其中电阻的非均匀性对输出带来的影响最大。目前，波长在10微米以上的红外探测器仍以HgCdTe光导型探测器为主，电阻在40Ω左右，在目前工艺基础上，其电阻一般存在10％左右的非均匀性。虽然一般的非均匀性可以由外部电路校正，但是会减小探测器的动态范围，而且针对性不强，效果一般，具有一定的局限性。目前，国内外几乎没有针对长波光导型探测器非均匀性的片上校正电路。

发明内容

本专利的目的在于提供一种长波光导型红外探测器非均匀性片上校正电路，解决长波光导红外探测器电阻不均匀带来的电路输出摆幅超出动态范围的问题，从而提高长波光导红外探测器系统的性能水平。

本专利设计的一种数模混合自适应校正的片上电路,适合校正电阻值小于200Ω的光导型探测器的非均匀性。其电路的单元结构如图1所示，包括比较器，计数器，电阻结构组件和两个偏置模块。所述的两个偏置模块，1号偏置模块由电压源V₁与电阻R_a串联构成，2号偏置模块由电压源V₂与电阻R_b串联构成，R_a和R_b取值在0.5～5KΩ，V₁和V₂在1V～5V之间，电路可根据不同的探测器电阻和电阻结构组件芯片工艺误差对V₂进行调节，以调节电阻结构组件的分压范围，扩大电路的适用范围。该电路通过ADC和DAC的方法，在信号读取之前为每个探测元匹配相等参考电压作为差分放大器参考端的输入电压，参考电压由计数器控制的电阻结构组件的分压提供，计数器计数与否由比较器输出信号控制，比较器的一端接电阻结构组件的分压，一端接探测器的分压。

电阻结构组件由一个20～100Ω的电阻R₀与n个权电阻R₁…R_n并联构成，n≥5，每个权电阻都串联有一个MOS开关，R_n取0.2～1KΩ，R_n-1＝2R_n。电阻R₀阻值最好设置为探测器最大电阻值，权电阻个数如果小于五个则范围太小或者精度太低，达不到校正效果，权电阻个数越多，阻值越大，校正精度越高。相对传统DAC的串联型和R-2R型等结构，这种并联的方式，节省了电阻数量，误差小，有更高的精度和更大的适用范围。权电阻个数和阻值大小决定了电路非均匀性校正的效果。

计数器为n位二进制计数器，n等于权电阻个数，计数器设置有一个输入端T、一个复位端R、n位输出端Q₀…Q_n-1，输入端T控制计数器在时钟下是否计数。二进制计数器可以是加法或者减法计数器，复位端R控制计数器复位。最好采用T触发器构成的同步计数器且单向计数的方式。

比较器为常规比较器，越接近理想比较器越好，可采用CMOS比较器，输出端接计数器的输入端T，当采用加法计数器时，同相端接电阻结构组件分压，反相端接探测器分压，输出信号开始为1，校正完成后变为0，减法计数器时接法则相反。

电路的连接关系为：所述的1号偏置模块与探测器串联再接地，所述的2号偏置模块与所述的电阻结构组件串联再接地，所述的计数器的输出端Q₀…Q_n-1分别接所述电阻结构组件R₁…R_n对应的MOS开关栅极，比较器输出端接计数器的输入端T，比较器的一输入端接探测器分压，另一输入端接电阻结构组件分压。