专利名称：一种顺序积分型双色红外焦平面读出电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及双色探测红外成像技术中获取红外图像信号的技术，尤其涉及一种顺序积分型双色红外焦平面读出电路，属于光电子技术及微电子技术领域。
背景技术：
红外成像技术在军事、空间技术、医学以及国民经济相关领域正得到日益广泛的应用。红外焦平面阵列组件是红外成像技术中获取红外图像信号的核心光电器件。该组件由红外探测器和红外焦平面读出电路(ROIC:readout integrated circuits)组成。ROIC电路是把焦平面的各功能集成在单一的半导体芯片中的高集成度电路，其基本功能是进行红外探测信号的转换、放大以及多路传输，即将数据从许多探测器端依次传输到输出端。ROIC的每个像素单元有特定的探测器、放大器和开关。现有的ROIC电路包括行选择信号产生电路、列选择信号产生电路、像素单元电路、列读出级电路和输出缓冲级。像素单元电路是ROIC域探测器的接口电路，为探测器提供固定偏压，并将探测器采集到的电流信号进行光电流积分(如电荷转化成电压)。现有的红外成像系统只能在一个波段获取目标信息，然而目标物体以及环境在辐射光谱上具有不同的特征，所以现有的红外成像系统对复杂环境的适应以及对假目标的甄别必然存在着很多的不足。双色探测技术正是在在这样的背景下提出来的。如何设计与双色探测对应的双色红外焦平面读出电路的问题也随之而来。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种顺序积分型双色红外焦平面读出电路，它能够对中短波两路探测器输出的探测信号进行处理再读出。本发明采用如下技术方案:—种顺序积分型双色红外焦平面读出电路，包括红外探测器、像素单元电路、列读出级电路和输出缓冲器，其特征是:像素单元电路为包含中、短波两路积分电路及积分电容可选电路的M*N双色像素单元阵列，将列读出级电路和输出缓冲器分设为中波列读出级电路、短波列读出级电路、中波输出缓冲器和短波输出缓冲器，双色像素单元阵列的输入端设有积分信号产生电路，积分信号产生电路的输入信号为积分控制信号INT和复位信号RST，积分信号产生电路的输出信号为中波积分控制信号INTl和短波积分控制信号INT2均输入至双色像素单元阵列，双色像素单元阵列的输出分别连接到中波列读出级电路和短波列读出级电路的输入端，中波列读出级电路的输出信号连接中波输出缓冲器的输入端，短波列读出级电路的输出信号连接短波输出缓冲器的输入端，中波输出缓冲器输出系统串行输出中波信号Voutl作为系统的中波探测信息显示，短波输出缓冲器输出系统串行输出短波信号Vout2作为系统的短波探测信息显示；其中:积分信号产生电路包括三个计数器，分别记为计数器A、计数器B、计数器C，积分控制信号INT、复位信号RST分别连接计数器A的输入端，计数器A输出的复位信号CLR分别连接计数器B及计数器C的一个输入端，复位信号RST、积分控制信号INT均分别连接计数器B、计数器C的另两个输入端，计数器B输出中波积分控制信号INTl，计数器C输出短波积分控制信号INT2 ；计数器A为一个2位的异步计数器，包括低、高位两个D触发器、两个反相器和一个两输入与门，积分控制信号INT经过一个反相器连接低位D触发器的时钟端，复位信号RST分别连接低、高位两个D触发器的复位端，低位D触发器的反向输出端与数据输入端互连并连接到高位D触发器的时钟端，低位D触发器的正向输出端经过另一个反相器后连接两输入与门的一个输入端，高位D触发器的反向输出端与数据输入端互连,高位D触发器的正向输出端连接两输入与门的另一个输入端，两输入与门的输出为复位信号CLR ；计数器B也是一个2位的异步计数器，包括低、高位两个D触发器、三个反相器、一个两输入与门和一个三输入与门，复位信号RST和计数器A输出的复位信号CLR同时输入至两输入与门，两输入与门的输出经过一个反相器后分别连接低、高位两个D触发器的复位端，积分控制信号INT连接低位D触发器的时钟端，低位D触发器的反向输出端与数据输入端互连并连接到高 位D触发器的时钟端，低位D触发器的正向输出端连接三输入与门的一个输入端，三输入与门的另一个输入端连接积分控制信号INT,高位D触发器的正向输出端经过另一个反相器后连接三输入与门的第三个输入端，高位D触发器的反向输出端与数据输入端互连，三输入与门的输出经过第三个个反相器后输出中波积分控制信号INTl ； 计数器C也是一个2位的异步计数器，包括低、高位两个D触发器、三个反相器、一个两输入与门和一个三输入与门，复位信号RST和计数器A输出的复位信号CLR同时输入至两输入与门，两输入与门的输出经过一个反相器后分别连接低、高位两个D触发器的复位端，积分控制信号INT连接低位D触发器的时钟端，低位D触发器的反向输出端与数据输入端互连并连接到高位D触发器的时钟端，低位D触发器的正向输出端经过另一个反相器后连接三输入与门的一个输入端，三输入与门的另一个输入端连接积分控制信号INT,三输入与门的第三个输入端连接高位D触发器的正向输出端，高位D触发器的反向输出端与数据输入端互连，三输入与门的输出经过第三个个反相器后输出短波积分控制信号INT2 ；双色像素单元阵列设有M行*N列个像素单元电路，中波第一行行选信号HSELl (I)、第二行行选信号HSELl (2)……第M行行选信号HSELl (M)以及短波第一行行选信号HSEL2 (I)、第二行行选信号HSEL2 (2)……第M行行选信号HSEL2 (M)分别连接M*N双色像素单元阵列中对应行的像素单元电路的中波以及短波行选管的栅极，中波测试信号TESTl、短波测试信号TEST2、由积分信号产生电路输出的中波积分控制信号INTl、由积分信号产生电路输出的短波积分控制信号INT2、中波第一复位信号RESET1、短波第一复位信号RESET2、中波积分电容可选信号ADDCl、短波积分电容可选信号ADDC2分别连接包含两路积分电路及积分电容均可选的双色像素单元阵列的每一个像素单元电路的中波测试端、短波测试端、中波积分控制端、短波积分控制端、中波复位端、短波复位端、中波积分可选电容控制端及短波积分可选电容控制端；每个像素单元电路都包括中波测试管Mil、中波注入管M12、中波复位管M13、中波积分电容可选管M14、中波行选管M15、中波积分电容C11、C12、短波测试管M21、短波注入管M22、短波复位管M23、短波积分电容可选管M24、短波行选管M25、短波积分电容C21、C22以及双色红外探测器，在每个像素单元电路中，电源VDD连接中波测试管Mll的漏极，接地端GND连接短波测试管M21的源极，中波测试信号TESTl、中波积分控制信号INTl、中波第一复位信号RESETl、中波积分电容可选信号ADDCl分别连接中波测试管Mil、中波注入管M12、中波复位管M13、中波积分电容可选管M14的栅极，短波测试信号TEST2、短波积分控制信号INT2、短波第一复位信号RESET2、短波积分电容可选信号ADDC2分别连接短波测试管M21、短波注入管M22、短波复位管M23、短波积分电容可选管M24的栅极，中波行选通信号HSELl连接中波行选管M15的栅极，短波行选通信号HSEL2连接短波行选管M25的栅极，中波测试管Mll的源极连接中波注入管M12的源极，短波测试管M21的漏极连接短波注入管M22的源极，中波注入管M12的源极和短波注入管M22的源极共同连接到双色红外探测器的一端，双色红外探测器的另一端连接公共电压Vcom，中波注入管M12的漏极分别连接中波复位管M13、中波积分电容可选管M14、中波行选管M15的漏极以及积分电容Cll的一端,积分电容Cll的另一端接地，短波注入管M22的漏极分别连接短波复位管M23、短波积分电容选管M24，短波行选管M25的漏极以及积分电容C21的一端，中波复位管M13源极接地，短波复位管M23源极及电容C21的另一端均连接电源VDD，中波积分电容可选管M14的源极经积分电容C12接地，短波积分电容可选管M24的源极经积分电容C22接电源VDD，中波行选管M15的源极输出中波积分信号，短波行选管M25的源极输出短波积分信号；中波列读出级电路、短波列读出级电路、中波输出缓冲器和短波输出缓冲器均为公知电路，中波列读出级电路含有N个相同的中波列读出单元，短波列读出级电路含有N个相同的短波列读出单元，将同一列的所有像素单元电路的中波行选管源极输出的中波积分信号连接在一起并连接到中波列读出级电路相应的中波列读出单元，将同一列的所有像素单元电路的短波行选管源极输出的短波积分信号连接在一起并连接到短波列读出级电路相应的短波列读出单元，所有中波列读出单元的输出端连接在一起并连接到中波输出缓冲器的输入端，中波输出缓冲器输出系统串行输出中波信号Vout I,所有短波列读出单兀的输出端连接在一起并连接到短波输出缓冲器的输入端，短波输出缓冲器输出系统串行输出短波信号Vout2 ;中波第二复位信号RESET11、中波积分电容可选信号ADDCl连接中波列读出级电路各中波读出单元的的中波第二复位端、中波积分可选电容控制端，短波第二复位信号RESET22、短波积分电容可选信号ADDCl连接短波列读出级电路各短波读出单元的短波第二复位端、短波积分可选电容控制端。与现有技术相比，本发明具有以下优点:1、本发明电路能够同时处理两个波段的探测信号，提高了成像系统在复杂应用环境中甄别目标的能力。2、本发明电路设计上的独特处理方式，使顺序积分的两路探测信号能够共用一个积分控制信号，这提高了芯片在系统应用中的便捷性，同时也提高了系统的可靠性。
图1是本发明的顺序积分型双色红外焦平面读出电路的电路原理框图；图2是一个像素单元电路图；图3是本发明的积分信号产生电路的框图；图4是产生复位信号的计数器A的电路图；图5是产生中波积分信号的计数器B的电路图6是产生短波积分信号的计数器C的电路图；图7是本发明包含两路像素单元电路、两路列读出级电路和两路缓冲器的电路图；图8是本发明的输入积分控制信号下产生的两路积分信号的时序图；图9是本发明实施例128*128阵列的一帧读出时序图；图10是本发明实施例128*128阵列的一行读出时序图。
具体实施例方式参看图1，一种顺序积分型双色红外焦平面读出电路包含规模为M*N的双色像素单元阵列1、积分信号产生电路2、中波列读出级电路3、短波列读出级电路4、中波输出缓冲
器5和短波输出缓冲器6,中波第一行行选信号HSELl (1)、第二行行选信号HSEL1(2)......第
M行行选信号HSELl (M)，短波第一行行选信号HSEL2 (1)、第二行行选信号HSEL2 (2)……第M行行选信号HSEL2 (M)分别接规模为M*N的双色像素单元电路的中波行选和短波行选输入端，中波测试信号TEST1、短波测试信号TEST2、中波积分控制信号INT1、短波积分控制信号INT2、中波第一复位信号RESET1、短波第一复位信号RESET2、中波积分电容可选信号ADDCl、短波积分电容可选信号ADDC2分别接包含两路积分电路及积分电容均可选的像素单元电路的中波测试端、短波测试端、中波积分控制端、短波积分控制端、中波第一复位端、短波第一复位端、中波积分可选电容控制端及第短波积分可选电容控制端，积分控制信号INT、积分信号产生电路复位信号RST分别接积分信号产生电路的积分控制信号端及积分信号产生电路复位端，中波第二复位信号RESETl1、中波积分电容可选信号ADDCl接中波列读出级电路的中波第二复位端、中波积分可选电容控制端，短波第二复位信号RESET22、短波积分电容可选信号ADDCl接短波列读出级电路的短波第二复位端、短波积分可选电容控制端，N路列选信号和双色像素单元电路输出的像素单元电压也接中波列读出级电路和短波列读出级电路的输入端，中波列读出级电路的输出信号接中波输出缓冲器的输入端，短波列读出级电路的输出信号接短波输出缓冲器的输入端，中波输出缓冲器输出系统串行输出中波信号Voutl作为系统的中波探测信息显示、短波输出缓冲器输出系统串行输出短信号Vout2作为系统的短波探测信息显示。双色像素单元阵列1中的两路复位管分别在其各自的复位信号RESETl和RESET2的作用下对像素单元电路中M*N个像素单元进行复位操作，保证单元的一致性。复位后的像素单元阵列1的两路积分电路在各自的积分控制信号INT2和INT2的控制下按顺序进行积分操作。积分结束后，第I行至第M行在第i行两路选通信号HSELl (i)、HSEL2 (i)的控制下依次选通有效，将单元中的信号转移到列读出级电路进行电荷分配，在第i列列选通信号LSEL (i)的控制下，中波列读出级电路3、短波列读出级电路4分别串行输出至中波输出缓冲器5和短波输出缓冲器6，每行读出后两路列放大器都要进行一次复位操作。中波输出缓冲器5和短波输出缓冲器6均为输出运放，将两路列读出级的输出信号串行输出，同时提高电路驱动能力。参看图2，包含两路积分电路及积分电容均可选的像素单元阵列I由M*N个像素单元组成，每个像素单元由每个像素单元都由中波测试管Mil、中波注入管M12、中波复位管Ml 3、中波积分电容可选管M14、中波行选管Ml 5、中波积分电容Cl 1、Cl 2、短波测试管M21、短波注入管M22、短波复位管M23、短波积分电容可选管M24、短波行选管M25、短波积分电容C21、C22以及双色探测器构成。在系统正常工作时中波测试管Mll的测试信号TESTl接高电位，中波测试管Ml I关闭，同时短波测试信号TEST2为低电位，短波测试管M21也关闭。中波积分电容C11、C12和短波积分电容C21、C22在数字控制信号的控制下分别通过各自注入管顺序对探测器检测到的电流进行积分。以中波先工作为例介绍积分过程，中波注入管M12在中波积分控制信号INTl的控制下先打开，探测器检测到的电流通过中波注入管M12注入到中波积分电容CU、C12，此时短波注入管M22是关闭的，当中波积分完毕时，中波注入管M12会在INTl的控制下关闭，隔若干个时钟周期后短波注入管M22在短波积分控制信号INT2的控制下打开，短波积分电容C21、C22开始积分。需要说明的是，短波的积分过程是一个放电过程。本发明设计的像素电路中两路积分电路都具有可选的积分电容，这样是为了满足不同背景的要求。中波复位管M13及短波复位管M23分别由中波复位信号RESETl和短波复位信号RESET2控制，中波复位信号RESETl和短波复位信号RESET2均是脉冲信号，每帧读出过程中中波复位信号RESETl和短波复位信号RESET2分别是低电位和高电位，在每帧数据读出之后，复位信号RESETl和短波复位信号RESET2分别是高电位和低电位，将所有积分电容清零。中波行选管M15和短波行选管M25由行读出顺序选择及行选择信号产生电路输出的第i行两路选通信号HSELl (i)和HSEL2 (i)来控制。中波测试管Mll和短波测试管M21为本发明的功能测试设计了一种模拟光电流注入的一种测试方法，在系统没有接探测器的情况下，有中波测试信号TESTl控制中波测试管Mll的电流短波测试信号TEST2控制短波测试管M21的电流，模拟探测器引入的电流，大大方便了功能测试。参看图3-6，积分信号产生电路2由3个计数器组成，分别记为计数器A、计数器B、计数器C，积分控制信号INT、积分信号产生电路复位信号RST分别接计数器A的输入端，计数器A输出的复位信号CLR分别接计数器B及计数器C的输入端，同时积分信号产生电路复位信号RST、控制信号INT均分别接计数器B、计数器C的输入端。计数器B输出中波积分信号INT1，计数器C输出短波积分信号INT2。计数器A为一个2位的异步计数器，由两个D触发器构成计数的核心部分，积分控制信号INT经过一个反相器接低位D触发器的时钟端，低位D触发器的反向输出接低位D触发器的数据输入D，高位D触发器的反向输出接高位D触发器的数据输入D，低位D触发器的反向输出接高位D触发器的时钟输入端，积分信号产生电路复位信号RST同时接低位D触发器和高位D触发器的复位端，低位D触发器的正向输出经过一个反相器与高位触发器的正向输出进行与非之后产生计数器A输出的复位信号CLR，计数器B也是一个两位的异步计数器，两个D触发器构成计数的核心部分，积分信号产生电路复位信号RST与计数器A输出的复位信号CLR相与之后得到的信号接两个D触发器的复位端，低位D触发器的反向输出接低位D触发器的数据输入D，高位D触发器的反向输出接高位D触发器的数据输入D，低位D触发器的反向输出接高位D触发器的时钟输入端，积分控制信号INT接低位D触发器的时钟输入，低位D触发器的输出、高位D触发器的输出经过反相器、积分控制信号INT三个信号相与之后得到中波积分控制信号INT1，计数器C也是一个两位的异步计数器，两个D触发器构成计数的核心部分，积分信号产生电路复位信号RST与计数器A输出的复位信号CLR相与之后的信号接两个D触发器的复位端，低位D触发器的反向输出接低位D触发器的数据输入D，高位D触发器的反向输出接高位D触发器的数据输入D，低位D触发器的反向输出接高位D触发器的时钟输入端，积分控制信号INT接低位D触发器的时钟输入，低位D触发器的输出经过反相器、高位D触发器的输出、积分控制信号INT三个信号相与之后得到短波积分控制信号INT2。参看图7，以M=128，N=128的像素单元阵列为例进一步具体说明该发明的实施方式。规模为M*N的双色像素单元电路I由128*128个像素单元组成，每个像素单元都由中波测试管Ml 1、中波注入管M12、中波复位管M13、中波积分电容可选管M14、中波行选管M15、中波积分电容Cl 1、C12、短波测试管M21、短波注入管M22、短波复位管M23、短波积分电容可选管M24、短波行选管M25、短波积分电容C21、C22及双色探测器(sensor)构成。在系统正常工作时中波测试管Mll的测试信号TESTl接高电位，中波测试管Mll关闭，同时短波测试信号TEST2为低电位，短波测试管M21也关闭。中波积分电容CU、C12和短波积分电容C21、C22在数字控制信号的控制下分别通过各自注入管顺序对探测器检测到的电流进行积分，以中波先工作为例介绍积分过程，中波注入管M12在中波积分控制信号CHARGE1的控制下先打开，探测器检测到的电流通过中波注入管M12注入到中波积分电容C11、C12，此时短波注入管M22是关闭的，当中波积分完毕时，中波注入管M12将在INTl的控制下关闭，隔若干个时钟周期后短波注入管M22在短波积分控制信号INT2的控制下打开，短波积分电容C21、C22开始积分。需要说明的是，短波的积分过程是一个放电过程。本发明设计的像素电路中两路积分电路都具有可选的积分电容，这样是为了满足不同背景的要求。中波复位管M13及短波复位管M23分别由中波复位信号RESETl和短波复位信号RESET2控制，中波复位信号RESETl和短波复位信号RESET2均是脉冲信号，每帧读出过程中中波复位信号RESETl和短波复位信号RESET2分别是低电位和高电位，在每帧数据读出之后，复位信号RESETl和短波复位信号RESET2分别是高电位和低电位，将所有积分电容清零。中波行选管M15和短波行选管M25由行读出顺序选择及行选择信号产生电路输出的第i行两路选通信号HSELl (i)和HSEL2 (i)来控制。中波测试管Mll和短波测试管M21为本发明的功能测试设计了一种模拟光电流注入的一种测试方法，在系统没有接探测器的情况下，有中波测试信号TESTl控制中波测试管Mll的电流短波测试信号TEST2控制短波测试管M21的电流，模拟探测器弓I入的电流，大大方便了功能测试。中波列读出级电路3、短波列读出级电路4、中波输出缓冲器5和短波输出缓冲器6均为公知电路。中波列读出级电路由N个相同的读出单元构成，每个读出单元由中波列运算放大器、中波反馈电容、中波反馈电容复位管、中波可选电容、中波可选电容选通管、中波反馈电容的两端分别接在中波列运算放大器的反相输入端和输出端，中波反馈电容复位管的漏极和源极分别接在中波列运算放大器的反相输入端和输出端，中波可选电容选通管的漏极接在中波列运算放大器的反相输入端，中波可选电容选通管的源极接中波可选电容的一段，中波可选电容的另一端接中波列运算放大器的输出端。短波列读出级电路由N个相同的读出单元构成，每个读出单元由短波列运算放大器、短波反馈电容、短波反馈电容复位管、短波可选电容、短波可选电容选通管、短波反馈电容的两端分别接在短波列运算放大器的反相输入端和输出端，短波反馈电容复位管的漏极和源极分别接在短波列运算放大器的反相输入端和输出端，短波可选电容选通管的漏极接在短波列运算放大器的反相输入端，短波可选电容选通管的源极接短波可选电容的一段，短波可选电容的另一端接运算放大器的输出端。中波输出缓冲器和短波输出缓冲器均由一个输入端和输出端短接的运算放大器构成。中波列读出级电路的N个相同的读出单元的中波列运算放大器的输出端各自经过一个开关管接中波输出缓冲器的输入端。中波列读出级电路的N个相同的读出单元的短波列运算放大器的输出端各自经过一个开关管接短波输出缓冲器的输入端。同一列的所有像素单元电路中，中波行选管的漏极接中波列读出级电路该列对应的列读出单元中中波列元算放大器的反向输入端，中波列元算放大器的正向输入端接参考电平Vrefl。同一列的所有像素单元电路中，短波行选管的漏极接短波列读出级电路该列对应的列读出单元中短波列元算放大器的反向输入端，短波列元算放大器的正向输入端接参考电平Vref2。中波列读出级电路3及短波列读出级电路4完成像素单元中的电信号转移并读出的过程。在第i行的两路行选通信号HSELl (i)、HSEL2 (i)有效时，该行像素单元中两路积分电容积分期间收集的电荷与两路列读出级电路中的电容进行电荷再分配，由中波列读出级电路及短波列读出级电路实现电荷到电压的转换。两路列运放复位信号分别控制两路列读出级电路的复位管，在每一行读出后，对所有列运放进行复位操作，复位电压为列运放的参考电压Vref。中波输出缓冲器5和短波输出缓冲器6均为输出运放，将列读出级的输出信号串行输出，同时提高电路的驱动能力。图7的工作情况如下:规模为M*N的双色像素单元电路I的中波复位管、短波复位管分别在各自复位信号RESETl和RESET2的作用下对像素单元电路中128*128个像素单元进行复位操作，保证单元的一致性。复位后规模为M*N的双色像素单元电路I的两路积分电路在各自积分控制信号INTl和INT2的控制下顺序进行积分，在积分操作的这个过程中两路积分电路均可根据需要选择是否让积分可选电容参加积分操作。积分结束后，在第i行的两路选通信号HSELl (i)、HSEL2 (i)的控制下第I行至第128行依次选通有效，将单元中的两路信号分别转移至两路列读出级电路进行电荷再分配，在第j列选通信号LSEL (j)的控制下，两路列读出级电路中输出信号从第I列至第128列串行分别输出至两路输出缓冲级，每行读出后两路列放大器都要进行一次复位操作。中波输出缓冲器5和短波输出缓冲器6均为输出运放，将列读出级的输出信号串行输出，同时提高驱动能力。至此完成了一帧的操作，接下来不断重复上述过程。图8给出了本发明的输入积分控制信号下产生的两路积分信号的时序图；图9给出了本发明的顺序积分型双色红外焦平面读出电路128*128阵列的一帧读出时序图；图10为本发明的顺序积分型双色红外焦平面读出电路128*128阵列的一行读出时序图。
权利要求
1.一种顺序积分型双色红外焦平面读出电路，包括红外探测器、像素单元电路、列读出级电路和输出缓冲器，其特征是:像素单元电路为包含中、短波两路积分电路及积分电容可选电路的M*N双色像素单元阵列，将列读出级电路和输出缓冲器分设为中波列读出级电路、短波列读出级电路、中波输出缓冲器和短波输出缓冲器，双色像素单元阵列的输入端设有积分信号产生电路，积分信号产生电路的输入信号为积分控制信号INT和复位信号RST，积分信号产生电路的输出信号为中波积分控制信号INTl和短波积分控制信号INT2均输入至双色像素单元阵列，双色像素单元阵列的输出分别连接到中波列读出级电路和短波列读出级电路的输入端，中波列读出级电路的输出信号连接中波输出缓冲器的输入端，短波列读出级电路的输出信号连接短波输出缓冲器的输入端，中波输出缓冲器输出系统串行输出中波信号Voutl作为系统的中波探测信息显示，短波输出缓冲器输出系统串行输出短波信号Vout2作为系统的短波探测信息显示；其中: 积分信号产生电路包括三个计数器，分别记为计数器A、计数器B、计数器C，积分控制信号INT、复位信号RST分别连接计数器A的输入端，计数器A输出的复位信号CLR分别连接计数器B及计数器C的一个输入端，复位信号RST、积分控制信号INT均分别连接计数器B、计数器C的另两个输入端，计数器B输出中波积分控制信号INTl，计数器C输出短波积分控制信号INT2 ； 计数器A为一个2位的异步计数器，包括低、高位两个D触发器、两个反相器和一个两输入与门，积分控制信号INT经过一个反相器连接低位D触发器的时钟端，复位信号RST分别连接低、高位两个D触发器的复位端，低位D触发器的反向输出端与数据输入端互连并连接到高位D触发器的时钟端，低位D触发器的正向输出端经过另一个反相器后连接两输入与门的一个输入端，高位D触发器的反向输出端与数据输入端互连,高位D触发器的正向输出端连接两输入与门的另一个输入端，两输入与门的输出为复位信号CLR ； 计数器B也是一个2位的异步计数器，包括低、高位两个D触发器、三个反相器、一个两输入与门和一个三输入与门，复位信号RST和计数器A输出的复位信号CLR同时输入至两输入与门，两输入与门的输出经过一个反相器后分别连接低、高位两个D触发器的复位端，积分控制信号INT连接低位D触发 器的时钟端，低位D触发器的反向输出端与数据输入端互连并连接到高位D触发器的时钟端，低位D触发器的正向输出端连接三输入与门的一个输入端,三输入与门的另一个输入端连接积分控制信号INT,高位D触发器的正向输出端经过另一个反相器后连接三输入与门的第三个输入端，高位D触发器的反向输出端与数据输入端互连，三输入与门的输出经过第三个个反相器后输出中波积分控制信号INTl ； 计数器C也是一个2位的异步计数器，包括低、高位两个D触发器、三个反相器、一个两输入与门和一个三输入与门，复位信号RST和计数器A输出的复位信号CLR同时输入至两输入与门，两输入与门的输出经过一个反相器后分别连接低、高位两个D触发器的复位端，积分控制信号INT连接低位D触发器的时钟端，低位D触发器的反向输出端与数据输入端互连并连接到高位D触发器的时钟端，低位D触发器的正向输出端经过另一个反相器后连接三输入与门的一个输入端，三输入与门的另一个输入端连接积分控制信号INT,三输入与门的第三个输入端连接高位D触发器的正向输出端，高位D触发器的反向输出端与数据输入端互连，三输入与门的输出经过第三个个反相器后输出短波积分控制信号INT2 ； 双色像素单元阵列设有M行*N列个像素单元电路，中波第一行行选信号HSELl (I)、第二行行选信号HSELl (2)……第M行行选信号HSELl (M)以及短波第一行行选信号HSEL2(I)、第二行行选信号HSEL2 (2)……第M行行选信号HSEL2 (M)分别连接M*N双色像素单元阵列中对应行的像素单元电路的中波以及短波行选管的栅极，中波测试信号TEST1、短波测试信号TEST2、由积分信号产生电路输出的中波积分控制信号INT1、由积分信号产生电路输出的短波积分控制信号INT2、中波第一复位信号RESETl、短波第一复位信号RESET2、中波积分电容可选信号ADDC1、短波积分电容可选信号ADDC2分别连接包含两路积分电路及积分电容均可选的双色像素单元阵列的每一个像素单元电路的中波测试端、短波测试端、中波积分控制端、短波积分控制端、中波复位端、短波复位端、中波积分可选电容控制端及短波积分可选电容控制端； 每个像素单元电路都包括中波测试管Ml1、中波注入管M12、中波复位管M13、中波积分电容可选管M14、中波行选管M15、中波积分电容C11、C12、短波测试管M21、短波注入管M22、短波复位管M23、短波积分电容可选管M24、短波行选管M25、短波积分电容C21、C22以及双色红外探测器,在每个像素单元电路中，电源VDD连接中波测试管Mll的漏极，接地端GND连接短波测试管M21的源极，中波测试信号TEST1、中波积分控制信号INT1、中波第一复位信号RESETl、中波积分电 容可选信号ADDCl分别连接中波测试管Mil、中波注入管M12、中波复位管M13、中波积分电容可选管M14的栅极，短波测试信号TEST2、短波积分控制信号INT2、短波第一复位信号RESET2、短波积分电容可选信号ADDC2分别连接短波测试管M21、短波注入管M22、短波复位管M23、短波积分电容可选管M24的栅极，中波行选通信号HSELl连接中波行选管M15的栅极，短波行选通信号HSEL2连接短波行选管M25的栅极，中波测试管Mll的源极连接中波注入管M12的源极，短波测试管M21的漏极连接短波注入管M22的源极，中波注入管M12的源极和短波注入管M22的源极共同连接到双色红外探测器的一端，双色红外探测器的另一端连接公共电压Vcom，中波注入管M12的漏极分别连接中波复位管M13、中波积分电容可选管M14、中波行选管M15的漏极以及积分电容Cll的一端,积分电容Cll的另一端接地，短波注入管M22的漏极分别连接短波复位管M23、短波积分电容选管M24，短波行选管M25的漏极以及积分电容C21的一端，中波复位管M13源极接地，短波复位管M23源极及电容C21的另一端均连接电源VDD，中波积分电容可选管M14的源极经积分电容C12接地，短波积分电容可选管M24的源极经积分电容C22接电源VDD，中波行选管M15的源极输出中波积分信号，短波行选管M25的源极输出短波积分信号； 中波列读出级电路、短波列读出级电路、中波输出缓冲级和短波输出缓冲级均为公知电路，中波列读出级电路含有N个相同的中波列读出单元，短波列读出级电路含有N个相同的短波列读出单元，将同一列的所有像素单元电路的中波行选管源极输出的中波积分信号连接在一起并连接到中波列读出级电路相应的中波列读出单元，将同一列的所有像素单元电路的短波行选管源极输出的短波积分信号连接在一起并连接到短波列读出级电路相应的短波列读出单元，所有中波列读出单元的输出端连接在一起并连接到中波输出缓冲器的输入端，中波输出缓冲器输出系统串行输出中波信号Voutl，所有短波列读出单元的输出端连接在一起并连接到短波输出缓冲器的输入端，短波输出缓冲器输出系统串行输出短波信号Vout2 ;中波第二复位信号RESET11、中波积分电容可选信号ADDCl连接中波列读出级电路各中波读出单元的的中波第二复位端、中波积分可选电容控制端，短波第二复位信号RESET22、短波积分电容可选信号ADDCl连接短波列读出级电路各短波读出单元的短波第二复位端、短波积分可 选电容控制端。
全文摘要
一种顺序积分型双色红外焦平面读出电路，包括红外探测器、像素单元电路、中、短波列读出级电路和中、短波输出缓冲器，像素单元电路包含中、短波两路积分电路及积分电容可选电路的M*N双色像素单元阵列，双色像素单元阵列的输入端设有积分信号产生电路，积分信号产生电路的输入信号为积分控制信号INT和复位信号RST，输出信号为中波积分控制信号INT1和短波积分控制信号INT2均输入至双色像素单元阵列，双色像素单元阵列的输出分别连接到中、短波列读出级电路，中、短波列读出级电路的输出信号分别连接中、短波输出缓冲器的输入端，中、短波输出缓冲器分别输出系统串行输出中、短波信号Vout1、Vout2作为系统的中、短波探测信息显示。
文档编号G01J5/02GK103175614SQ20131008918
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者夏晓娟, 刘镇硕, 苏军, 朱长峰, 孙伟锋, 陆生礼, 时龙兴 申请人:东南大学