[发明专利]非制冷红外焦平面阵列读出电路

说明书

本发明提供一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，包括：偏置电路，所述偏置电路能够产生偏置电流；偏压产生电路，所述偏压产生电路连接到所述偏置电路的输出，能够将所述偏置电流转换为偏置电压；探测与积分电路，所述探测与积分电路连接到所述偏置电路的输出和所述偏压产生电路的输出，能够产生两路几乎相同的电流，对所产生的两路电流之差进行积分并作为电压输出。通过本发明的读出电路，能够抵消衬底温度波动引起的探测器电压输出和响应率变化，满足无TEC和无挡片应用的要求。

技术领域

本发明涉及红外成像技术，特别是涉及红外成像技术中的非制冷红外焦平面阵列读出电路。

背景技术

目前，非制冷红外成像技术在军事、工农业、医学、天文等领域有着重要的应用。作为非制冷红外成像技术核心的红外焦平面阵列，包括红外探测器阵列和读出电路两部分。其中，微测辐射热计焦平面阵列(FPA)具有较高的灵敏度，是应用最广泛的一种非制冷红外焦平面阵列，其工作原理是热敏材料吸收入射的红外辐射后温度改变，从而引起自身电阻值的变化，通过测量其电阻值的变化探测红外辐射信号的大小。

微测辐射热计普遍采用微机械加工技术制作的悬臂梁微桥结构。桥面沉积有一层具有高电阻温度系数(TCR)的热敏材料，桥面由两条具有良好力学性能并镀有导电材料的桥腿支撑，桥腿与衬底的接触点为桥墩，桥墩电学上连接到微测辐射热计下的硅读出电路(ROIC)上。通过桥腿和桥墩，热敏材料连接到读出电路的电学通道中，形成一个对温度敏感并连接到读出电路上的像素单元。

敏感像素单元又称为敏感微测辐射热计，与之对应的有两种盲微测辐射热计，其中一种桥面与衬底热学短路，温度恒等于衬底温度，称为热学短路微测辐射热计；另一种是结构与敏感微测辐射热计完全相同，但是被遮挡了，所以不能感应目标辐射，称为被遮挡微测辐射热计。利用这两种盲微测辐射热计可以有效抵消敏感像素单元阻值随衬底温度变化带来的输出电压波动，实现无TEC(热电制冷器)功能。

读出电路的作用则是完成微测辐射热计信号的处理和读出，读出电路对红外成像系统的性能有重要影响。近年来，用户对红外焦平面阵列探测器组件的要求越来越高，不仅要求高性能还要求低功耗、简单易用。传统的红外焦平面阵列探测器组件需要用TEC严格控制衬底温度，保证探测器性能不受衬底温度波动的影响。同时，每隔一段时间需要用挡片校正来保证图像质量。但是挡片一方面会增加功耗和噪音，降低隐蔽性，另一方面，挡片校正过程中无法观察目标，给用户带来了不便。

新一代的红外焦平面阵列探测器组件不再使用TEC控温，也不需要挡片校正，这主要依靠读出电路的特殊设计来实现。读出电路需要设法抵消探测器电压输出和响应率对衬底温度的敏感性，保证在工作范围内，电压输出和响应率波动较小，且基本呈线性。这样，用户在设计机芯时能够补偿电压输出和响应率的波动，实现无TEC和无挡片。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明解决的技术问题之一是提供一种非制冷红外焦平面读出电路，能够抵消衬底温度波动引起的探测器电压输出和响应率变化，满足无TEC和无挡片应用的要求。

本发明的一个方面提供一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，包括：偏置电路，所述偏置电路能够产生偏置电流；偏压产生电路，所述偏压产生电路连接到所述偏置电路的输出，能够将所述偏置电流转换为偏置电压；探测与积分电路，所述探测与积分电路连接到所述偏置电路的输出和所述偏压产生电路的输出，能够产生两路几乎相同的电流，对所产生的两路电流之差进行积分并作为电压输出。

根据本发明的以上方面，本发明提供的非制冷红外焦平面阵列读出电路，通过实现良好的匹配，抵消了衬底温度波动引起的探测器电压输出和响应率变化，能够满足无TEC和无挡片应用的要求。