基于惠斯通电桥的新型红外读出电路的制作方法

文档序号:5850079阅读:247来源:国知局
专利名称:基于惠斯通电桥的新型红外读出电路的制作方法
技术领域
本实用新型属于红外探测器信号读出应用领域,具体涉及一种基于惠 斯通电桥的差分信号低噪声的新型红外读出电路。
背景技术
随着科学技术水平的不断进步,集成电路设计与制造技术都得到了较 快的发展,这为红外读出电路技术的进一步发展提供了保障。随着红外探 测器在军事与民用领域应用的不断深入,人们对红外探测器在性能上的要 求也越来越高。主要表现在更低的噪声、更高的灵敏度、更快的响应速度 以及更加丰富的功能等。
而其中最为关键的 一个性能要求就是更低的噪声,噪声水平的高低直 接影响着读出电路的其它性能,甚至决定了整个红外探测器的性能。红外 探测器敏感结构产生的电流或电压信号本身非常微弱,而伴随的温度噪声、 背景噪声等通常较大,因此,如何在较大的噪声环境中提取微弱的红外信 号是红外读出电路中设计的关键所在。
国内外许多国家都在致力于红外探测器读出电路的研究,国际上如美
国的Raytheon公司、DRS公司、Flir-Indigo系统公司、日本的NEC以及 以色列的SCD公司、法国的ULIS公司等。国内如昆明211所、上海技术物 理研究所、重庆大学、清华大学、电子科技大学等。
目前最常用的信号读出电路如图1所示。图中RA为红外探测器敏感结 构部分的电阻,它受到红外辐射的照射时阻值将发生变化;Rb的材料特性 与Ra相同,区别在于RB制作在读出电路上,且不会受到红外辐射的照射。 这种电路设计能够消除一定的温度噪声,但是精度不高,不能够将噪声降 低到最低水平。
发明内容
出电路部分放大器输入端的噪声水平,提供一种基于惠斯通电桥的差分信 号低噪声的新型红外读出电路。本实用新型通过在读出电路上再多设计两 个电阻^和R"与RA和RB构成惠斯通电桥来实现红外信号的读出,此种读 出方式比常规电路或单端输入的放大电路具有更高的信噪比和信号变化率 △ V/V,这样可以将红外探测器的噪声降低到更低的水平。
本实用新型是这样实现的基于惠斯通电桥的新型红外读出电路,由RA、 RB、 Rh Rz四个电阻、放大电路、积分电路或读出电路组成,其特征在
于R,与R2串联,Rs与Rt串联,再并联构成一个惠斯通电桥,并联的两端 (A, B)为惠斯通电桥的电压输入端,RA与^串联处为D端,RB与Ri串联 串联处为C端,C、 D两端为电桥输出端,分别与放大电路、积分电路或信 号读出电^各相连成回5各。
所述RA电阻为红外敏感电阻。Rb与Ra具有相同材料特性,当探测器本 身的温度发生变化时,Rb与l将发生相同的变化,但RB不受红外辐射的照 射,Rb与l的阻值相等。所述Id、 R2电阻为相同材质制作的电阻,阻值相 等,且^和R2不受红外辐射的影响。
本实用新型的RA为红外探测器敏感结构的电阻,当红外探测器收到红 外辐射照射时,RA的阻值将发生变化;Rb与Ra具有相同材料特性,当探测 器本身的温度发生变化时,Ra与RB将发生相同的变化,^旦RB不受红外辐射 的照射;R,和R2为制作在读出电路上的两个相同的电阻,R:和R2不受红外 辐射的影响。
Ra、 Rb、 R,和R2构成一个惠斯通电桥,A端和B端是电桥的电压输入端, C端和D端是惠斯通电桥的信号输出端,也是放大电路、积分电路或信号 读出电路的信号输入端。在没有红外辐射的照射情况,即使环境温度和探 测器自身的温度发生改变,电桥的静态平衡点基本保持不变,C、 D两端的 输出信号为零;当有红外辐射照射时,电桥将不平衡,C、 D两端的输出信 号即为红外信号。此时输出的红外信号的噪声将更小。
目前的红外探测器已经发展称为焦平面阵列式,因此,既可以在每个 像素下面分别制作RB、 ^和R2电阻来构成惠斯通电桥电路,也可以每一列 只使用一个惠斯通电桥电路,这样可以节约芯片面积、降低探测器的功耗 与制作成本。
RA、 Rb、 R,和112都可以利用标准的CMOS工艺来制作。 本实用新型通过在读出电路上再多设计两个电阻l和R2,与L和RB
构成惠斯通电桥来实现红外信号的读出,这样可以将红外探测器的噪声降
低到更低的水平。


图1为目前正在使用的红外信号读出电路示意图; 图2为本实用新型的红外信号读出电路示意图。
具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步的描述。
如图2所示,本实用新型基于惠斯通电桥的新型红外读出电路,由Ra、RB、 R,、 R2四个电阻、方文大电路、积分电^各或读出电^4a成,RA与R2串耳关, Rb与K串联,再并联构成一个惠斯通电桥,并联的两端(A, B)为惠斯通 电桥的电压输入端,RA与R2串联处为D端,Rb与R,串联串联处为C端,C、 D两端为电桥输出端,分别与放大电路、积分电路或信号读出电路相连成 回路。所述RA电阻为红外敏感电阻,Rb与Ra具有相同材料特性,当探测器 本身的温度发生变化时,Rb与IM夸发生相同的变化,但Rb不受紅外福射的 照射,Rb与Ra的阻植相等。所述电阻为相同材质制作的电阻,阻值相等, 且R,、 R2不受红外辐射的影响。RA、 RB、 K和R2都可以利用标准的CMOS工 艺来制作。
如图2所示,本实用新型由IU、 RB、 R" R2四个电阻、放大电路、积分 电路或其他后续信号读出电路组成,Ra与R2串联,Rb与K串联,再并联构 成一个惠斯通电桥,并联的两端(A, B)为惠斯通电桥的电压输入端,C、 D为电桥的输出端,与放大电路、积分电路或信号读出电路相连。所述RA 电阻为红外敏感电阻,Rb与Ra具有相同材料特性,当探测器本身的温度发 生变化时,Rb与RA将发生相同的变化,但Rs不受红外辐射的照射,Rb与RA 的阻值相等。所述电阻为相同材质制作的电阻,阻值相等,且Rh R2不受 红外辐射的影响。RA、 Rb、 Ri和Rr都可以利用标准的CMOS工艺来制作。
本实用新型的RA为红外探测器敏感结构的电阻,当红外探测器收到红 外辐射照射时,RA的阻值将发生变化;Rb与Ra具有相同材料特性,当探测 器本身的温度发生变化时,Ra与RB将发生相同的变化,^旦RB不受红外辐射 的照射;K和R2为制作在读出电路上的两个相同的电阻,R,和R2不受红外 辐射的影响。
RA、 RB、 Id和R2构成一个惠斯通电桥,A端和B端是电桥的电压输入端, C端和D端是惠斯通电桥的信号输出端,也是放大器的信号输入端。在没 有红外辐射的照射情况,即使环境温度和探测器自身的温度发生改变,电 桥的静态平衡点基本保持不变,C、 D两端的输出信号为零;当有红外辐射 照射时,电桥将不平衡,C、 D两端的输出信号即为红外信号。此时输出的 红外信号的噪声将更小。
目前的红外探测器已经发展称为焦平面阵列式,因此,既可以在每个 像素下面分别制作RB、 R,和R2电阻来构成惠斯通电桥电路,也可以每一列 只使用一个惠斯通电桥电路,这样可以节约芯片面积、降低探测器的功耗 与制作成本。
权利要求1、基于惠斯通电桥的新型红外读出电路,由RA、RB、R1、R2四个电阻、放大电路、积分电路或读出电路组成,其特征在于RA与R2串联,RB与R1串联,再并联构成一个惠斯通电桥,并联的两端(A,B)为惠斯通电桥的电压输入端,RA与R2串联处为D端,RB与R1串联串联处为C端,C、D两端为电桥输出端,分别与放大电路、积分电路或信号读出电路相连成回路。
2、 根据权利要求1所述的基于惠斯通电桥的新型红外读出电路,其特 征在于所述RA电阻为红外敏感电阻,Rb与Ra具有相同材料特性,且阻值 相等,RB不受红外辐射的照射。
3、 根据权利要求1所述的基于惠斯通电桥的新型红外读出电路,其特 征在于所述R" 112电阻为相同材质制作的电阻,且阻值相等。
专利摘要本实用新型涉及基于惠斯通电桥的新型红外读出电路,由R<sub>A</sub>、R<sub>B</sub>、R<sub>1</sub>、R<sub>2</sub>四个电阻、放大电路、积分电路或读出电路组成,其特征在于R<sub>A</sub>与R<sub>2</sub>串联,R<sub>B</sub>与R<sub>1</sub>串联,再并联构成一个惠斯通电桥,并联的两端(A,B)为惠斯通电桥的电压输入端,R<sub>A</sub>与R<sub>2</sub>串联处为D端,R<sub>B</sub>与R<sub>1</sub>串联串联处为C端,C、D两端为电桥输出端,分别与放大电路、积分电路或信号读出电路相连成回路。本实用新型通过在读出电路上再多设计两个电阻R<sub>1</sub>和R<sub>2</sub>,与R<sub>A</sub>和R<sub>B</sub>构成惠斯通电桥来实现红外信号的读出,此种读出方式比常规电路或单端输入的放大电路具有更高的信噪比和信号变化率ΔV/V,这样可以将红外探测器的噪声降低到更低的水平。
文档编号G01J5/24GK201402184SQ20092008546
公开日2010年2月10日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者立 黄 申请人:武汉高德红外股份有限公司
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