[实用新型]相位自补偿红外探测器读出电路

说明书

技术领域

本专利涉及红外探测器读出电路领域，尤其是涉及一种相位自补偿CMOS红外探测器读出电路。

背景技术

目前红外探测成像在军事、航空航天、生物医学以及国民经济等领域得到日益广泛的应用。根据普朗克辐射定理，任何温度高于绝对零度的物体，其内部都会发生分子热运动，从而产生波长不等的红外辐射。红外辐射具有强度和波长直接与物体表面温度有关的重要特征，提供了物体的丰富的信息。但是红外辐射是一种不可见的电磁波，利用红外辐射来获取物体的信息的时候，需要将这种红外辐射转换为可测量的信号。红外探测器读出电路就是将红外辐射转换成可测量的电信号。红外探测器读出电路通过光电转换、电信号处理等手段将目标物体的温度分布转换成视频图像，在军事和民用领域获得了广泛的应用。为提高抗外界干扰能力，提高系统信噪比，要求红外探测器读出电路与探测器近距离连接，即读出电路也在低温下工作。目前在CMOS电路设计方面由于标准低温模型的限制无法保证电路的低温工作状态，大部份CMOS放大电路在低温下由于相位裕度的变化从而导致低温下容易振荡，需要另外增加较复杂的相位裕度补偿的电路，既增加了电路芯片的面积又增加了电路的噪声。

针对上述问题，国内外在低温CMOS读出电路方面已经开展了一些相关研究，但在实际应用中在低温稳定性和低噪声方面还有待进一步完善。例如：专利CN103913700A公开了一种红外焦平面读出电路的检测电路，但该电路结构本身复杂，包括测试电路、检测电路、积分电路、采样保持电路等部分，同时低温稳定性无法得到保证，电路输出噪声性能有待提高。本专利采用的相位自补偿设计，通过在标准CTIA输出端与双关双采样CDS之间增加大于1pF的相位自补偿电容，克服了低温环境下的复杂相位补偿电路需求，有效解决低温工作状态下电路相位裕度的稳定性，并且不明显增加电路的噪声，同时大大降低了红外探测器读出电路的复杂性。

发明内容

本专利的目的在于提供一种相位自补偿红外探测器CMOS读出电路，有效解决低温工作状态下电路相位裕度的稳定性，并且不明显增加电路的噪声，同时大大降低了红外探测器读出电路的复杂性。

本专利设计的一种应用于HgCdTe短波红外探测器的长线列读出电路，输入积分电路采用CTIA相位自补偿结构，相位自补偿电容C4位于相关双采样电路之前，自补偿电容大小设计为大于1pF，放大器在低温下的相位裕度大于45度；电路具有放大倍数多级可调功能，适合不同响应率探测器的信号读出。图1为相位自补偿CTIA积分电路，积分电容由三个电容C1、C2、C3并联组成的多级放大结构，其中C1为基准电容，C2、C3分别由选择开关S1和选择开关S2控制。C4为相位自补偿电容。放大器采用差分放大器，in和out端接积分电容，差分输入的另一输入端接ref。其电路的单元结构如图2所示，包括输入积分电路、自补偿电容C4、CDS(相关双采样)N跟随、P跟随输出，输入积分电路采用CTIA结构；放大器采用一级共源共栅结构，自补偿电容设计为大于1pF；图3为CDS(相关双采样)输出结构，采用由开关控制的低功耗N管跟随结构。C6、C7为采样电容，sha、shb与shaf、shbf为互补脉冲，控制信号的采样。列选择col接移位寄存器的输出端口，使线列输出信号按顺序读出。

该电路只在CTIA输出端与双关双采样CDS之间增加相位自补偿电容，无需传统的复杂相位补偿电路设计，可有降低电路的复杂性，减小了芯片的面积；三个积分电容的设计可以使电路具有较大的适应性，满足不同探测器灵敏度要求；该电路从常温到液氮低温都能正常工作。

本专利的优点如下：

1.该电路在CTIA输出端与双关双采样CDS之间增加自补偿电容，无需传统的复杂相位补偿电路设计，能使电路在液氮低温下也具有稳定的工作状态。大大降低了低温读出读出电路的设计复杂性。

2.积分电容由10pF、20pF、20pF三个电容组成，可组合成多级放大倍数，使电路能适应不同非制冷探测器响应率的要求。

3.利用低功耗的跟随管设计，采用先N跟随，后P跟随，既降低了电路的功耗，又增加了电路的摆幅。

附图说明

图1相位自补偿CTIA拓扑结构图。

图2相位自补偿读出电路单元结构图。

图3读出电路低功耗的CDS N跟随结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本专利的具体实施方式作进一步的详细说明：

实施方式1