[发明专利]一种N位数模转换器及其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读出电路技术领域，尤其是涉及一种用于红外焦平面阵列读出电路的N位数模转换器及其红外焦平面阵列读出电路。

背景技术

红外焦平面阵列是获取景物红外光辐射信息的重要光电器件。微测辐射热计探测器是应用最广泛的一种红外焦平面阵列，它是一种热敏电阻性探测器。微测辐射热计焦平面阵列是利用微机械加工技术在硅读出电路上制作绝热结构，并在其上面形成作为探测器单元的微测辐射热计，从而实现单片结构。以微测辐射热计焦平面阵列为核心制作的非制冷红外成像系统与制冷红外成像系统相比具有体积小、功耗低的优点，并且使系统的性能价格比大幅度提高，极大地促进了红外成像系统在许多领域中的应用。

读出电路是一种专用的数模混合信号集成处理电路，在读出集成电路(ROIC)出现以前，前置放大器的混合电路是由分立的电阻、电容和晶体管组成。诸如光伏型的、非本征硅的、铂硅的和许多光电导型的高阻抗探测器对电磁干扰(EMI) 非常敏感，要求放在非常接近前置放大器的地方以减少EMI的影响。使用分立元件要求大量的面积，并且在一个给定的光学视场中对实现的通道数目提出了苛刻的限制。读出集成电路帮助减少了EMI问题。读出集成电路(ROIC)方法还提供探测器热学/机械接口、信号处理和包括像电荷转换和增益、频带限制以及多路转换和输出驱动的功能。随着集成电路工艺和技术的发展，尤其是MOS集成制造技术和工艺的成熟，使ROIC得到了迅猛的发展。

读出电路的功能是提取探测器热敏材料的电阻变化，转换成电信号并进行前置处理(如积分、放大、滤波和采样/保持等)及信号的并/串行转换。随着CMOS工艺的不断成熟、完善和发展，CMOS读出电路因其众多的优点而成为当今读出电路的主要发展方向。

读出电路中对数模转换器的精度要求高，但所需电压大小集中。传统数模转换器是等间距的，其精度越小，所需要的比特数越大。比特数越大，MOS管的开关损耗和导通损耗越大，误差也就越大。且只取某一集中的小范围的电压，会造成比特数以及其他电压的浪费。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种精度和范围可调的N位数模转换器及其红外焦平面阵列读出电路。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种N位数模转换器，其特征在于，包括：M比特可控分压电路，所述M比特可控分压电路包括：第一选通电路，所述第一选通电路用于从2^M条通路中选通一条通路；第二选通电路，所述第二选通电路用于从2^M条通路中选通一条通路；所述第一选通电路的输出端和所述第二选通电路的输出端之间串联至少2^K+2^M-1个等值电阻；所述M比特可控分压电路包括2^K+2^M-1个输出端，其中每个所述等值电阻的一端是所述M比特可控分压电路的一个输出端；其中N为所述数模转换器的位数，M为小于N的自然数，K=N-M；

N比特开关电路，所述N比特开关电路包括：至少一个K比特子数模转换器，所述K比特子模数转换器包括2^K个输入端；至少2^K个M比特子模数转换器，每个所述M比特子模数转换器包括至少2^M个输入端；每个所述M比特子模数转换器的输出端分别连接到所述K比特子模数转换器的一个输入端；

其中，第i个所述M比特子模数转换器的第j个输入端连接到所述M比特可控分压电路的第i+j个输出端，其中i为整数，j为整数，且0 ≤ i ≤ 2^K-1，0 ≤ j ≤ 2^M-1。

进一步地，所述第一选通电路包括2^M条通路和M个控制输入端，所述2^M条通路并联连接到所述第一选通电路的输出端，所述2^M条通路中的每条通路包括串联的M个控制开关和至少一个通路电阻，并且所述至少一个通路电阻与所述M个控制开关串联，所述M个控制开关的控制端分别连接到所述M个控制输入端。

进一步地，所述第二选通电路包括2^M条通路和M个控制输入端，所述2^M条通路并联连接到所述第一选通电路的输出端，所述2^M条通路中的每条通路包括串联的M个控制开关和至少一个通路电阻，并且所述至少一个通路电阻与所述M个控制开关串联，所述M个控制开关的控制端分别连接到所述M个控制输入端。