一种斜坡信号生成电路的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种斜坡信号生成电路，包括：电流控制电路，用于产生用以生成斜坡信号的电流；积分电路，用于基于该电流生成斜坡信号；模式选择电路，连接在电流控制电路和积分电路之间，用于选择生成的斜坡信号的模式。本发明实施例的斜坡信号生成电路可以通过模式选择电路对斜坡信号的模式进行选择。
【专利说明】一种斜坡信号生成电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及红外焦平面阵列探测器领域，尤其是涉及一种用于红外焦平面阵列探测器的读出电路的斜坡信号生成电路。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]红外焦平面阵列探测器就是将红外辐射转换成可测量的信号的装置。红外焦平面阵列探测器通过光电转换、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，其具有抗干扰能力强、隐蔽性能好、跟踪和制导精度高等优点，在军事和民用领域获得了广泛的应用。
[0004]但是红外焦平面阵列探测器在工作温度较高时，其本身固有的热激发过程会快速增加，从而使得暗电流和噪声迅速上升，会极大地降低红外焦平面阵列探测器的性能，所以需要制冷设备使其工作在低温环境下。但是由于制冷设备的存在，使得探测系统在体积、重量、功耗和成本方面都大量增加，从而增加了它应用的困难性。
[0005]随着技术的不断发展，人们提出了非制冷红外焦平面阵列探测器。非制冷红外焦平面阵列探测器可在常温下工作，无需制冷设备，并具有质量轻、体积小、寿命长、成本低、功耗小、启动快及稳定性好等优点，满足了民用红外系统和部分军事红外系统对长波红外探测器的迫切需要。因而使这项技术得到了快速的发展和广泛的应用。
[0006]而在非制冷红外焦平面的读出电路中，模数转换器(ADC)是越来越多地被用来作为首选手段将传感器获得的模拟信号转换成数字信号并读出。在单斜率ADC中，输入的模拟信号与斜坡信号生成电路产生的斜坡信号进行比较，比较的结果存在寄存器中，在有效的时钟沿到来时，寄存器将比较的结果输出，完成从模拟到数字的转换。但是现有技术中的斜坡信号生成电路中，产生的斜坡信号的上下限通常不能灵活变化。
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一是提供一种能够控制输出的斜坡信号的波形模式的斜坡信号生成电路。
[0008]本发明的目的之一是提供一种生成的斜坡信号的上、下限可调节的斜坡信号生成电路。
[0009]本发明的目的之一是提供一种能够控制步进的时间长度的斜坡信号生成电路。
[0010]本发明公开的技术方案包括:
提供了一种斜坡信号生成电路，其特征在于，包括:电流控制电路，所述电流控制电路用于产生用以生成斜坡信号的电流；积分电路，所述积分电路用于基于所述电流生成斜坡信号；模式选择电路，所述模式选择电路连接在所述电流控制电路和所述积分电路之间，用于选择生成的所述斜坡信号的模式。
[0011]本发明一个实施例中，还包括第一可调电压源和第二可调电压源，所述电流控制电路的第一输入端连接到所述第一可调电压源，所述电流控制电路的第二输入端连接到所述第二可调电压源。
[0012]本发明一个实施例中，所述模式选择电路包括:第一模式选择开关Sf,所述第一模式选择开关Sf —端连接到所述电流控制电路的第一输出端，另一端连接到所述积分电路的第一输入端；第二模式选择开关Sk，所述第二模式选择开关Sk —端连接到所述电流控制电路的第二输出端，另一端连接到所述积分电路的所述第一输入端；第三模式选择开关SFF，所述第三模式选择开关Sff —端连接到所述第一可调电压源，另一端连接到所述积分电路的第二输入端；第四模式选择开关Skk，所述第四模式选择开关Skk—端连接到所述第二可调电压源，另一端连接到所述积分电路的所述第二输入端。
[0013]本发明一个实施例中，所述积分电路包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的反相输入端连接到所述积分电路的所述第一输入端，所述第三运算放大器的同相输入端连接到所述积分电路的所述第二输入端。
[0014]本发明一个实施例中，所述电流控制电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电流镜电路、第二电流镜电路、第一晶体管匪3和第二晶体管PM3，其中所述第一运算放大器的同相输入端连接到所述第一可调电压源，所述第一运算放大器的反相输入端连接到所述第一晶体管匪3的源极，所述第一运算放大器的输出端连接到所述第一晶体管匪3的栅极；所述第一晶体管匪3的漏极连接到所述第一电流镜电路；所述第二运算放大器的同相输入端连接到所述第二可调电压源，所述第二运算放大器的反相输入端连接到所述第二晶体管PM3的源极，所述第二运算放大器的输出端连接到所述第二晶体管PM3的栅极；所述第二晶体管PM3的漏极连接到所述第二电流镜电路；所述第一晶体管匪3的源极连接到所述第二晶体管PM3的源极。
[0015]本发明一个实施例中，所述电流控制电路还包括可调电阻电路，所述可调电阻电路包括第一端A和第二端B，所述第一端A连接到所述第一晶体管匪3的源极，所述第二端B连接到所述第二晶体管PM3的源极。
[0016]本发明一个实施例中，所述可调电阻电路包括η个电阻和η个开关，并且η为大于或者等于2的自然数，其中:所述η个电阻中的第一个电阻一端连接到所述第一端Α，另一端通过所述η个开关中的第一个开关SI连接到所述第二端B ;所述η个电阻中的其余η_1个电阻中的每一个一端连接到前一个电阻的与开关连接的一端，另一端通过所述η个开关中的其余η-1个开关中的一个连接到所述第二端B。
[0017]本发明一个实施例中，所述η个电阻的阻值彼此相等。
[0018]本发明一个实施例中，所述第一电流镜电路包括第三晶体管PMl和第四晶体管ΡΜ2，其中所述第三晶体管PMl的源极连接到系统电源VDD，所述第三晶体管PMl的漏极连接到所述第一晶体管匪3的漏极，所述第三晶体管PMl的栅极连接到所述第四晶体管ΡΜ2的栅极并且连接到所述第三晶体管PMl的漏极；所述第四晶体管ΡΜ2的源极连接到系统电源VDD，所述第四晶体管ΡΜ2的漏极连接到所述第一模式选择开关SF。
[0019]本发明一个实施例中，所述第二电流镜电路包括第五晶体管匪I和第六晶体管匪2，其中所述第五晶体管匪I的源极连接到地，所述第五晶体管匪I的漏极连接到所述第二晶体管PM3的漏极，所述第五晶体管匪I的栅极连接到所述第六晶体管匪2的栅极并且连接到所述第五晶体管NMl的漏极；所述第六晶体管NM2的源极连接到地，所述第六晶体管匪2的漏极连接到所述第二模式选择开关SK。
[0020]本发明实施例的斜坡信号生成电路可以通过调节输入电压V H、Vl对斜坡的上、下限进行任意调节，可以通过调节接入回路的Rdac的阻值大小对产生斜坡的步进时间长度进行调节，因此有很好的适用性。并且通过模式选择电路，可以对斜坡信号的模式进行选择。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明一个实施例的斜坡信号生成电路的结构示意图。
[0022]图2是本发明一个实施例的可调电阻电路的示意图。
[0023]图3是本发明一个实施例的斜坡信号生成电路的时序示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图详细说明本发明的实施例的斜坡信号生成电路的结构。
[0025]如图1所示，本发明的一个实施例中，一种斜坡信号生成电路包括电流控制电路、积分电路和模式选择电路。
[0026]本发明的实施例中，电流控制电路用于产生用以生成斜坡信号的电流，该电流通过模式选择电路流入积分电路中。积分电路用于基于该电流生成需要的斜坡信号。
[0027]模式选择电路连接在电流控制电路和积分电路之间，用于选择生成的斜坡信号的模式，例如，选择生成的斜坡信号是上行的还是下行的。
[0028]本发明的实施例中，该斜坡信号生成电路还可以包括第一可调电压源Vh和第二可调电压源图1中，第一可调电压源Vh和第二可调电压源'没有显示出，而只是用符号示意性地表示。
[0029]本发明的实施例中，这里的第一可调电压源Vh和第二可调电压源'可以是实际的可调的电压源，也可以是能够输出电压并且输出电压可以调节的任何其他类型的元件，例如电压转换装置，例如变压器等等。
[0030]如图1所示，本发明的实施例中，模式选择电路可以包括第一模式选择开关Sf、第二模式选择开关Sk、第三模式选择开关Sff和第四模式选择开关SKK。
[0031]第一模式选择开关Sf—端连接到电流控制电路的第一输出端(例如，第四晶体管PM2的漏极)，另一端连接到积分电路的第一输入端(例如，第三运算放大器30的反相输入端)。
[0032]第二模式选择开关Sk—端连接到电流控制电路的第二输出端(例如，第六晶体管匪2的漏极)，另一端连接到积分电路的该第一输入端(例如，第三运算放大器30的反相输入端)。
[0033]第三模式选择开关Sff —端连接到第一可调电压源VH，另一端连接到积分电路的第二输入端(例如，第三运算放大器30的同相输入端)。
[0034]第四模式选择开关Skk —端连接到第二可调电压源\，另一端连接到积分电路的该第二输入端(例如，第三运算放大器30的同相输入端)。[0035]如图1所示，本发明的实施例中，积分电路包括第三运算放大器30、积分电容Cmp和复位开关SKST。第三运算放大器30的反相输入端连接到积分电路的前述的第一输入端(即与前述的第一模式选择开关Sf和第二模式选择开关Sk连接)，并且第三运算放大器30的同相输入端连接到积分电路的前述的第二输入端(即与前述的第三模式选择开关Sff和第四模式选择开关Skk相连)。
[0036]此外，积分电容Cramp和复位开关Skst分别连接在第三运算放大器30的反相输入端和第三运算放大器30的输出端之间。第三运算放大器30的输出端即为积分电路的输出端，也即为本发明实施例的斜坡信号生成电路的输出端。
[0037]本发明的实施例中，当第一模式选择开关Sf闭合、第二模式选择开关Sk断开时，积分电容Cmp充电，积分电路的输出电压升高；当第一模式选择开关Sf断开、第二模式选择开关&闭合时，积分电容Cramp放电，积分电路的输出电压降低。这样，控制生成的斜坡信号是上行的还是下行的。
[0038]如图1所示，本发明的一个实施例中，电流控制电路包括第一运算放大器10、第二运算放大器20、第一电流镜电路、第二电流镜电路、第一晶体管匪3和第二晶体管PM3。
[0039]第一运算放大器10的同相输入端连接到前述的第一可调电压源VH、'，第一运算放大器10的反相输入端连接到第一晶体管匪3的源极，第一运算放大器10的输出端连接到第一晶体管匪3的栅极。
[0040]第一晶体管匪3的漏极连接到第一电流镜电路。
[0041 ] 第二运算放大器20的同相输入端连接到前述的第二可调电压源\，第二运算放大器20的反相输入端连接到第二晶体管PM3的源极，第二运算放大器20的输出端连接到第二晶体管PM3的栅极。
[0042]第二晶体管PM3的漏极连接到第二电流镜电路。
[0043]第一晶体管匪3的源极连接到第二晶体管PM3的源极。
[0044]本发明的实施例中，电流控制电路还包括可调电阻电路Rdac,该可调电阻电路Rdac包括第一端A和第二端B，第一端A连接到第一晶体管匪3的源极，第二端B连接到第二晶体管PM3的源极。
[0045]本发明的实施例中，电流控制电路中的输入电压(即第一可调电压源V1^P第二可调电压源\的电压，这里仍然用Vh和 '表示)可以任意调节，这两个电压在Rdac处产生电流I = (VH - Vl)/ Rdac,该电流通过两个电流镜电路(即前述的第一电流镜电路和第二电流镜电路)输出到模式选择电路，调节积分电容Cmp的充、放电速度，从而控制所产生的斜坡信号的斜率。
[0046]如图2所示，本发明的一个实施例中，可调电阻电路可以包括η个电阻和η个开关，并且η为大于或者等于2的自然数，其中:
η个电阻中的第一个电阻(即图2中最靠近A点的电阻)一端连接到前述的第一端(即A点)，另一端通过η个开关中的第一个开关S1连接到前述的第二端(即B点)；而该η个电阻中其余η-1个电阻中的每一个一端连接到前一个电阻的与开关连接的一端，另一端通过该η个开关中其余η-1个开关中的一个连接到前述的第二端B。
[0047]本发明的实施例中，前述的η个电阻的阻值彼此相等。
[0048]本发明的实施例中，同一时刻，η个开关S1'S2、......、Sj^、Sn只能有一个闭合,其余均断开，这样可以通过控制S1、S2,……、Sn_1、Sn的开闭状态来控制接入斜坡信号生成电路的电阻Rm的阻值大小，从而控制每一个步进的时间长度tMp。
[0049]本发明的实施例中，前述的第一电流镜电路包括第三晶体管PMl和第四晶体管PM2，其中，第三晶体管PMl的源极连接到系统电源VDD，第三晶体管PMl的漏极连接到第一晶体管匪3的漏极，第三晶体管PMl的栅极连接到第四晶体管PM2的栅极并且连接到第三晶体管PMl的漏极；第四晶体管PM2的源极连接到系统电源VDD，第四晶体管PM2的漏极连接到前述的第一模式选择开关SF。
[0050]本发明的实施例中，前述的第二电流镜电路包括第五晶体管匪I和第六晶体管匪2，其中，所述第五晶体管匪I的源极连接到地，所述第五晶体管匪I的漏极连接到所述第二晶体管PM3的漏极，所述第五晶体管匪1的栅极连接到所述第六晶体管匪2的栅极并且连接到所述第五晶体管NMl的漏极；所述第六晶体管NM2的源极连接到地，所述第六晶体管匪2的漏极连接到所述第二模式选择开关SK。
[0051]本发明实施例的斜坡信号生成电路可以工作在上行斜坡信号模式和下行斜坡信号模式两种模式下。
[0052]1、上行斜坡信号模式。
[0053]斜坡生成电路复位时，断开SF、SE, Sff,闭合SKT、See,则复位值为\，即所产生斜坡的初值为八。产生斜坡时，SKT、SFF、SKK、SF都处在断开状态，Sk闭合，则电路处在放电状态，回路的总电流I = (VH - Vl)/ Rdac，则输出电压为
【权利要求】
1.一种斜坡信号生成电路，其特征在于，包括: 电流控制电路，所述电流控制电路用于产生用以生成斜坡信号的电流； 积分电路，所述积分电路用于基于所述电流生成斜坡信号； 模式选择电路，所述模式选择电路连接在所述电流控制电路和所述积分电路之间，用于选择生成的所述斜坡信号的模式。
2.如权利要求1所述的斜坡信号生成电路，其特征在于:还包括第一可调电压源和第二可调电压源，所述电流控制电路的第一输入端连接到所述第一可调电压源，所述电流控制电路的第二输入端连接到所述第二可调电压源。
3.如权利要求2所述的斜坡信号生成电路，其特征在于，所述模式选择电路包括: 第一模式选择开关(SF)，所述第一模式选择开关(Sf)—端连接到所述电流控制电路的第一输出端，另一端连接到所述积分电路的第一输入端； 第二模式选择开关(Sk)，所述第二模式选择开关(Sk)—端连接到所述电流控制电路的第二输出端，另一端连接到所述积分电路的所述第一输入端； 第三模式选择开关(SFF)，所述第三模式选择开关(Sff) —端连接到所述第一可调电压源，另一端连接到所述积分电路的第二输入端； 第四模式选择开关(SKK)，所述第四模式选择开关(Skk) —端连接到所述第二可调电压源，另一端连接到所述积分电路的所述第二输入端。
4.如权利要求3所述的斜坡信号生成电路，其特征在于:所述积分电路包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的反相输入端连接到所述积分电路的所述第一输入端，所述第三运算放大器的同相输入端连接到所述积分电路的所述第二输入端。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的斜坡信号生成电路，其特征在于，所述电流控制电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电流镜电路、第二电流镜电路、第一晶体管(匪3)和第二晶体管(PM3)，其中 所述第一运算放大器的同相输入端连接到所述第一可调电压源，所述第一运算放大器的反相输入端连接到所述第一晶体管(匪3)的源极，所述第一运算放大器的输出端连接到所述第一晶体管(匪3)的栅极； 所述第一晶体管(匪3)的漏极连接到所述第一电流镜电路； 所述第二运算放大器的同相输入端连接到所述第二可调电压源，所述第二运算放大器的反相输入端连接到所述第二晶体管(PM3)的源极，所述第二运算放大器的输出端连接到所述第二晶体管(PM3)的栅极； 所述第二晶体管(PM3)的漏极连接到所述第二电流镜电路； 所述第一晶体管(匪3)的源极连接到所述第二晶体管(PM3)的源极。
6.如权利要求5所述的斜坡信号生成电路，其特征在于:所述电流控制电路还包括可调电阻电路，所述可调电阻电路包括第一端(A)和第二端(B)，所述第一端(A)连接到所述第一晶体管(匪3)的源极，所述第二端(B)连接到所述第二晶体管(PM3)的源极。
7.如权利要求6所述的斜坡信号生成电路，其特征在于:所述可调电阻电路包括η个电阻和η个开关，并且η为大于或者等于2的自然数，其中: 所述η个电阻中的第一个电阻一端连接到所述第一端(Α)，另一端通过所述η个开关中的第一个开关(SI)连接到所述第二端(B)；所述η个电阻中的其余n-1个电阻中的每一个一端连接到前一个电阻的与开关连接的一端，另一端通过所述η个开关中的其余η-1个开关中的一个连接到所述第二端(B)。
8.如权利要求7所述的斜坡信号生成电路，其特征在于:所述η个电阻的阻值彼此相坐寸ο
9.如权利要求5至8中任意一项所述的斜坡信号生成电路，其特征在于:所述第一电流镜电路包括第三晶体管(PMl)和第四晶体管(ΡΜ2 )，其中 所述第三晶体管(PMl)的源极连接到系统电源(VDD)，所述第三晶体管(PMl)的漏极连接到所述第一晶体管(匪3)的漏极，所述第三晶体管(PMl)的栅极连接到所述第四晶体管(ΡΜ2)的栅极并且连接到所述第三晶体管(PMl)的漏极； 所述第四晶体管(ΡΜ2)的源极连接到系统电源(VDD)，所述第四晶体管(ΡΜ2)的漏极连接到所述第一模式选择开关(SF)。
10.如权利要求5至8中任意一项所述的斜坡信号生成电路，其特征在于:所述第二电流镜电路包括第五晶体管(匪I)和第六晶体管(匪2 )，其中 所述第五晶体管(匪I)的源极连接到地，所述第五晶体管(匪I)的漏极连接到所述第二晶体管(PM3)的漏极，所述第五晶体管(匪I)的栅极连接到所述第六晶体管(匪2)的栅极并且连接到所述第五晶体管(匪I)的漏极； 所述第六晶体管(匪2)的源极连接到地，所述第六晶体管(匪2)的漏极连接到所述第二模式选择开关(SK)。`
【文档编号】G01J5/10GK103840799SQ201410061415
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】吕坚, 阙隆成, 张壤匀, 牛润梅, 周云 申请人:电子科技大学