用于非制冷红外探测器的模数转换器及其控制方法与流程

1.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：

2.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。
3.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，简称像元。敏感像元又称为敏感微测辐射热计，与之对应的有两种盲像元，其中一种桥面与衬底热学短路，温度恒等于衬底温度，称为热短路像元；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，称为被遮挡像元。利用这两种盲像元可以有效抵消敏感像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。
4.读出电路的作用则是对敏感像元的响应信号进行处理(比如滤波、放大)和读出，并对像元电阻的非均匀性进行校正。传统的读出电路输出的是模拟电压，需要机芯用户在片外使用高速高精度模数转换器(adc)。这不仅增加了系统的噪声、功耗、使用难度和成本，还不利于机芯产品的国产化。为此，本发明提供了一种用于非制冷红外探测器的高精度、高输入范围、低时钟速率的模数转换器，实现了数字输出，降低了噪声、功耗、使用难度和成本，同时还实现了机芯模拟转换器的国产化。


技术实现要素：

5.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。
6.本发明解决的技术问题是提供一种用于非制冷红外探测器的模数转换器，实现了数字输出，方便用户使用。
7.本发明提供了一种用于非制冷红外探测器的模数转换器，其特征在于包括：
8.斜坡发生器，所述斜坡发生器被配置为在粗量化阶段和细量化阶段给多个列内电路分别提供了斜坡电压，其中包括一段粗量化斜坡电压和一段细量化斜坡电压；
9.粗量化计数器，所述粗量化计数器被配置为在所述粗量化阶段与所述粗量化斜坡电压同步计数粗量化数据，并输出最终计数的粗量化数据结果；
10.细量化计数器，所述细量化计数器被配置为在所述细量化阶段与所述细量化斜坡电压同步计数细量化数据，并输出最终计数的细量化数据结果；
11.列内电路，所述列内电路被配置为比较所述粗量化斜坡电压和待检测电压的大小，产生一个粗量化跳变信号并根据所述粗量化跳变信号锁存此刻的粗量化数据结果，存储此时的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差，以及比较所述存储的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差加上所述细量化斜坡电压之和与所述待检测电压之间的大小，产生一个细量化跳变信号并根据所述细量化跳变信号锁存此刻的细量化数据结果。
12.本发明还提供了一种用于所述的非制冷红外探测器的模数转换器的控制方法，所述方法包括：
13.所述斜坡发生器在所述粗量化阶段和所述细量化阶段给多个所述列内电路分别提供了斜坡电压，其中包括一段所述粗量化斜坡电压和一段所述细量化斜坡电压；
14.所述粗量化计数器在所述粗量化阶段与所述粗量化斜坡电压同步计数所述粗量化数据，并输出最终计数的所述粗量化数据结果；
15.所述细量化计数器在所述细量化阶段与所述细量化斜坡电压同步计数所述细量化数据，并输出最终计数的所述细量化数据结果；
16.所述列内电路比较所述粗量化斜坡电压和所述待检测电压的大小，产生一个所述粗量化跳变信号并根据所述粗量化跳变信号锁存此刻的所述粗量化数据结果，存储此时的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差，以及比较所述存储的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差加上所述细量化斜坡电压之和与所述待检测电压之间的大小，产生一个所述细量化跳变信号并根据所述细量化跳变信号锁存此刻的所述细量化数据结果。
17.本发明还提供了一种模数转换器的控制方法，所述方法包括如下步骤：
18.在粗量化阶段和细量化阶段提供一个斜坡电压，其中包括一段粗量化斜坡电压和一段细量化斜坡电压；
19.在所述粗量化阶段与所述粗量化斜坡电压同步计数粗量化数据，并输出最终计数的粗量化数据结果；
20.在所述细量化阶段与所述细量化斜坡电压同步计数细量化数据，并输出最终计数的细量化数据结果；
21.比较所述粗量化斜坡电压和待检测电压的大小，产生一个粗量化跳变信号并根据所述粗量化跳变信号锁存此刻的所述粗量化数据结果，存储此时的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差，以及比较所述存储的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差加上所述细量化斜坡电压之和与所述待检测电压之间的大小，产生一个所述细量化跳变信号并根据所述细量化跳变信号锁存此刻的所述细量化数据结果。
22.本发明通过在片内分两个阶段实现模数转化，并直接将数字信号输出到片外，避免了传统非制冷红外探测器需要在片外进行高速模数转换的弊端，降低了非制冷红外探测器使用难度。
附图说明
23.为了进一步阐述本发明的以上和其它优点和特征，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。具有相同的功能和结构的元件用相同的参考标号表示。应当理解，这些附图仅描述本发明的典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定，其中：
24.图1是本发明的模数转换器总体原理图；
25.图2a和图2b分别是本发明提供的第一种模数转换器列内电路的原理图及其工作时序；
26.图3a和图3b分别是本发明提供的第二种模数转换器列内电路的原理图及其工作时序；
27.图4是本发明提供的一种粗量化斜坡电压和细量化斜坡电压产生方法的一个实例；
28.图5是本发明的模数转换器控制方法流程图。
具体实施方式
29.在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
30.发明概述
31.如前所述，本发明提供了一种用于非制冷红外探测器的高精度、高输入范围、低时钟速率的模数转换器，实现了数字输出，降低了用户使用难度、输出噪声和成本，同时还实现了机芯模拟转换器的国产化。
32.示例性装置
33.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
34.图1是本发明的模数转换器总体原理图。
35.图1主要包含斜坡发生器、粗量化计数器、细量化计数器、列内电路以及数字处理电路等五部分。其中所述斜坡发生器被配置为提供一个斜坡电压，其中包括在粗量化阶段和细量化阶段给多个列内电路提供了一段粗量化斜坡电压和一段细量化斜坡电压；所述粗量化计数器被配置为在所述粗量化阶段与所述粗量化斜坡电压同步计数粗量化数据，并输出最终计数的粗量化数据结果；所述细量化计数器被配置为在所述细量化阶段与所述细量化斜坡电压同步计数细量化数据，并输出最终计数的细量化数据结果；所述列内电路被配置为比较所述粗量化斜坡电压和待检测电压v
in
[q-1:0]的大小，产生一个粗量化跳变信号并根据所述粗量化跳变信号在存储器中锁存此刻的粗量化数据结果，存储此时的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差，以及比较所述存储的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差加
上所述细量化斜坡电压和所述待检测电压v
in
[q-1:0]的大小，产生一个细量化跳变信号并根据所述细量化跳变信号在存储器中锁存此刻的细量化数据结果，其中所述粗量化数据结果和细量化数据结果为格雷码；存储器中的粗量化数据结果和粗量化数据结果通过数据总线x
out
输出到数字处理电路，所述数字处理电路被配置为将所述格雷码转换为二进制码并对所述二进制码进行并转串等运算，然后将运算结果d
out
输出到片外。
[0036]
格雷码是一种循环码，格雷码的特点是任意两组相邻之间只有一位不同，其余各位都相同，而且0和最大数(2
n-1)对应的两组格雷码之间也只有一位不同。
[0037]
它的特性使它在形成和传输过程中引起的误差较小。如计数电路按格雷码计数时，电路每次状态更新只有一位代码变化，从而减少了计数错误。由于本发明使用格雷码计数器进行计数，因此减少了传输和计数的错误。但是格雷码不能直接参与运算，因此需要将计数结果转换为二进制码进行计算。
[0038]
模数转换器实施例1
[0039]
图2a和图2b分别是本发明提供的第一种模数转换器列内电路的原理图及其工作时序；
[0040]
图2a中的列内电路包括比较器、逻辑电路、存储器、开关开关开关和电容ch。
[0041]
所述斜坡电压v
ramp
输入端通过所述开关连接到所述电容ch的正端v
pos
，所述电容ch的正端v
pos
还连接了所述比较器的正输入端，所述电容ch的负端v
neg
分别通过所述开关和所述开关连接到所述斜坡电压v
ramp
的输入端和最低量化电压v
l
的输入端，所述比较器负输入端接所述待检测电压v
in
的输入端，所述比较器输出端输出所述跳变信号v
step
到所述存储器和所述逻辑电路。
[0042]
当所述比较器接收到一个复位信号时，可将输出的所述跳变信号v
step
复位到高电平。
[0043]
所述比较器输出的所述跳变信号v
step
发生跳变时，所述存储器将粗量化数据结果和细量化数据结果锁存下来；
[0044]
所述逻辑电路输入是所述跳变信号v
step
和控制信号o1，所述逻辑电路输出是控制信号o
1s
，其中控制信号o1为粗量化阶段控制信号，当控制信号o1为有效时，所述模数转换器处于所述粗量化阶段，所述控制信号o
1s
用于控制所述开关
[0045]
所述开关受控制信号o2所控制，其中控制信号o2为细量化阶段控制信号，当控制信号o2为有效时，所述模数转换器处于所述细量化阶段。
[0046]
所述开关由所述控制信号o1所控制，在所述粗量化阶段，所述控制信号o1有效，所述控制信号o2无效，所述开关闭合，并且开关断开；在所述细量化阶段，所述控制信号o1无效，所述控制信号o2有效，所述开关断开，并且开关闭合；
[0047]
所述控制信号o
1s
在所述粗量化阶段开始时有效，控制所述开关闭合，并通过所述斜坡电压v
ramp
与所述最低量化电压v
l
之间的电压差对所述电容ch充电，直到所述粗量化跳变信号发生跳变时无效，并控制所述开关断开，电容ch上电压差保持不变。
[0048]
所述模数转换器的分辨率为n比特，其量化范围是v
l
至vh，vh为最高量化电压，其中把n比特分为高位和低位两部分高位段为m个比特，所述模数转换器低位段为l个比特，n＝m
+l；
[0049]
根据如下公式计算v
in
值：
[0050]vin
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
ꢀꢀꢀ
(1)
[0051]
其中v
dc
为所述粗量化阶段每个时钟周期所述粗量化斜坡电压的变化的步长，其中v
dc
＝fsr/2m，fsr为所述模数转换器的量程，其中fsr＝v
h-v
l
，v
lsb
为所述细量化阶段每个时钟周期所述细量化斜坡电压的变化的步长，其中v
lsb
＝v
dc
/2
l
，m是粗量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤m≤2
m-1，而x是细量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤x《2
l
；因此，v
dc
》x*v
lsb
。
[0052]
所述斜坡电压v
ramp
在粗量化阶段用粗量化斜坡电压v
rc
表示，在细量化阶段用细量化斜坡电压v
rf
表示。
[0053]
图2b为图2a中所述列内电路的工作时序图，在所述粗量化阶段，所述粗量化斜坡电压v
rc
从所述最低量化电压v
l
逐步上升到最高量化电压vh，每个时钟周期增加电压v
dc
，与此同时，所述粗量化计数器从0开始每个时钟周期加1，加法计数到2
m-1，当粗量化斜坡电压v
rc
上升到v
l
+(m+1)*v
dc
时，由于比较器正端输入的电压为v
l
+(m+1)*v
dc
大于v
in
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
，所述比较器输出所述粗量化跳变信号v
step
发生跳变，并且这时所述粗量化计数器计数到m，控制信号o
1s
无效，开关断开，其中控制信号o
1s
无效为控制信号o
1s
变低，所述粗量化跳变信号v
step
控制所述存储器锁存此时的粗量化计数器值m作为所述粗量化数据结果，并且所述电容ch保持此时所述粗量化斜坡电压与所述最低量化电压之差，即，v
l
+(m+1)*v
dc-v
l
，完成了粗量化；
[0054]
在所述细量化阶段，先通过复位信号rst将比较器复位，使其输出的跳变信号v
step
恢复为高电平。所述开关选通，所述电容ch负端电压等于所述细量化斜坡电压v
rf
，并且所述细量化斜坡电压v
rf
从v
l-v
dc
增长到v
l
，每个时钟周期增加电压v
lsb
，由于电容ch上具有电压差v
l
+(m+1)*v
dc-v
l
，这时比较器正端上的电压v
pos
为电容ch上具有电压差v
l
+(m+1)*v
dc-v
l
与所述细量化斜坡电压v
rf
之和，即，比较器正端上的电压v
pos
从v
l
+m*v
dc
增加到v
l
+(m+1)*v
dc
。与此同时，所述细量化计数器从0开始每个时钟周期加1，加法计数到2
l-1，当细量化斜坡电压v
rf
上升到v
l-v
dc
+(x+1)*v
lsb
时，由于比较器正端上的电压为(v
l
+(m+1)*v
dc-v
l
)+(v
l-v
dc
+(x+1)*v
lsb
)＝v
l
+m*v
dc
+(x+1)*v
lsb
，大于v
in
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
，因此所述比较器输出所述细量化跳变信号v
step
发生跳变，并且所述细量化计数器计数到x，所述细量化跳变信号v
step
控制所述存储器锁存此时的细量化计数器值x作为所述细量化数据结果，完成了细量化；
[0055]
所述粗量化数据结果m和所述细量化数据结果x通过格雷码的形式表示，并且通过总线x
out
输出到所述数字处理电路，将格雷码转换为二进制码，带入公式v
in
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
即可计算出v
in
的数值，完成模数转换。
[0056]
以上实施例将模数转换器的分辨率分为粗量化阶段和细量化阶段两个阶段进行比较和计数，可以通过简单的电路以及较低的时钟速率完成高速的模数转换。由于电路规模减小和时钟速率降低，可以将该模数转换器内置在非制冷红外探测器芯片内部，用户可以直接使用转换后的数字信号，而不需要再外接模数转换器。因此，功耗和噪声干扰都得到较大的降低。除了上述实施例之外，同理还分出不同分辨率的多个量化阶段的组合，以实现更高精度和更快模数转换。
[0057]
模数转换器实施例2
[0058]
图3a和图3b分别是本发明提供的第二种模数转换器列内电路的原理图及其工作时序；
[0059]
与图2a相比，图3a相同之处在于电路结构相同，不同之处在于开关的控制时序不同，图3a中所述开关由所述控制信号o
1s
所控制，在所述粗量化阶段，所述控制信号o2无效，控制所述开关断开；在所述细量化阶段，所述控制信号o2有效，控制所述开关闭合；与图2b相比，图3b的斜坡电压波形不同，在粗量化阶段，所述粗量化斜坡电压v
rc
从所述最高量化电压vh逐步下降到最低量化电压v
l
。
[0060]
所述控制信号o
1s
在所述粗量化阶段开始时有效，控制所述开关和开关闭合，并通过所述粗量化斜坡电压与所述最低量化电压之间的电压差对所述电容ch放电，直到所述粗量化跳变信号发生跳变时无效，并控制所述开关和所述开关断开，所述电容ch上电压差保持不变。
[0061]
所述模数转换器的分辨率为n比特，其量化范围是v
l
至vh，vh为最高量化电压，其中把n比特分为高位和低位两部分高位段为m个比特，所述模数转换器低位段为l个比特，n＝m+l；
[0062]
根据如下公式计算v
in
值：
[0063]vin
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
ꢀꢀꢀ
(1)
[0064]
其中v
dc
为所述粗量化阶段每个时钟周期粗量化斜坡电压变化的步长，其中v
dc
＝fsr/2m，fsr为所述模数转换器的量程，其中fsr＝v
h-v
l
，v
lsb
为所述细量化阶段每个时钟周期细量化斜坡电压变化的步长，其中v
lsb
＝v
dc
/2
l
，m是粗量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤m≤2
m-1，而x是细量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤x《2
l
；因此，v
dc
》x*v
lsb
。
[0065]
所述斜坡电压v
ramp
在粗量化阶段用粗量化斜坡电压v
rc
表示，在细量化阶段用细量化斜坡电压v
rf
表示。
[0066]
图3b为图3a中所述列内电路的工作时序图，在所述粗量化阶段开始时，所述开关和开关闭合，所述电容ch正端电压v
pos
等于所述粗量化斜坡电压v
rc
，而所述电容ch负端电压v
neg
等于所述最低量化电压v
l
；
[0067]
在所述粗量化阶段，所述粗量化斜坡电压v
rc
从所述最高量化电压vh逐步下降到最低量化电压v
l
，每个时钟周期减少电压v
dc
，与此同时，所述粗量化计数器从2
m-1开始减法倒数计数到0，每个时钟周期减1计数，当粗量化斜坡电压v
rc
下降到v
l
+m*v
dc
时，由于比较器正端输入电压v
pos
＝v
l
+m*v
dc
变为小于v
in
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
，所述比较器输出所述粗量化跳变信号v
step
发生跳变，并且所述粗量化计数器此时计数到m，所述粗量化跳变信号v
step
经过逻辑电路输出的控制信号o
1s
无效，控制开关断开，使得电容ch上保持此时正负端之间的电压差不变，即，v
l
+m*v
dc-v
l
＝m*v
dc
，其中控制信号o
1s
无效为控制信号o
1s
变低，所述粗量化跳变信号v
step
控制所述存储器锁存此时的粗量化计数器值m作为所述粗量化数据结果，并且所述电容ch保持此时所述粗量化斜坡电压与所述最低量化电压之差，即，v
l
+m*v
dc-v
l
，完成了粗量化；
[0068]
在所述细量化阶段，先通过复位信号rst将比较器复位，使其输出的跳变信号v
step
恢复为高电平。所述开关选通，所述电容ch负端电压v
neg
等于所述细量化斜坡电压v
rf
，并且所述细量化斜坡电压v
rf
从v
l
增长到v
l
+v
dc
，每个时钟周期增加电压v
lsb
，由于比较器正端输入电压v
pos
等于电容ch负端电压v
neg
加上电容ch上保持的正负端之间的电压差m*v
dc
，即，比较器正端输入电压v
pos
随着细量化斜坡电压v
rf
从v
l
+m*v
dc
增长到v
l
+(m+1)*v
dc
，与此同时，所述细量化计数器从0开始每个时钟周期加1，加法计数到2
l-1，当细量化斜坡电压v
rf
上升到v
l
+(x+1)*v
lsb
时，比较器正端输入电压v
pos
增长到v
l
+m*v
dc
+(x+1)*v
lsb
，由于此时比较器正端电压大于负端电压v
in
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
，所述比较器输出所述细量化跳变信号v
step
发生跳变，并且此时所述细量化计数器计数到x，所述细量化跳变信号v
step
控制所述存储器锁存此时的细量化计数器值x作为所述细量化数据结果，完成了细量化；在此所用的比较器其正负端输入电压的比较结果发生变化时，输出的跳变信号都是从高电平变为低电平。
[0069]
所述粗量化数据结果m和所述细量化数据结果x通过格雷码的形式表示，并且通过总线x
out
输出到所述数字处理电路，将格雷码转换为二进制码，带入公式v
in
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
即可计算出v
in
的数值，完成模数转换。
[0070]
以上实施例将模数转换器的分辨率分为粗量化阶段和细量化阶段两个阶段进行比较和计数，可以通过简单的电路以及较低的时钟速率完成高速的模数转换。由于电路规模减小和时钟速率降低，可以将该模数转换器内置在非制冷红外探测器芯片内部，用户可以直接使用转换后的数字信号，而不需要再外接模数转换器。因此，功耗和噪声干扰都得到较大的降低。除了上述实施例之外，同理还分出不同分辨率的多个量化阶段的组合，以实现更高精度和更快模数转换。
[0071]
在上述实施例中，所述粗量化斜坡电压可以通过串联电阻分压或电流积分产生，所述细量化斜坡电压也可以由串联电阻分压或电流积分产生。
[0072]
图4是本发明提供的一种粗量化斜坡电压和细量化斜坡电压产生方法的一个实例。
[0073]
图4中的斜坡发生器包括电阻串(即串联的多个电阻)、缓冲器bufl、缓冲器bufh、缓冲器bufout、缓冲器bufrst、积分电容c
int
、电流源i
dac
、电流源i
ramp
、多个分压开关、开关selv、开关seli、复位开关s
rst
和开关sf；其中
[0074]
所述粗量化斜坡电压v
rc
是由所述电阻串产生，所述电阻串的负端接所述缓冲器bufl的输出端，所述缓冲器bufl的输入端接最低量化输入电压v
l1
输入端，所述电阻串的正端通过所述开关selv连接到缓冲器bufh的输出端，所述缓冲器bufh的输入端接所述最高量化输入电压v
h1
输入端，所述电阻串的正端还通过所述开关seli连接到所述电流源i
dac
，所述电阻串之间通过分压的方式可以从所述最低量化电压v
l
到所述最高量化电压vh之间的多个台阶电压，相邻电阻之间的输出的电压差为一个步长的电压v
dc
，所述多个分压开关(s[0:2m])分别将所述电阻串各个输出电压连接到所述粗量化斜坡电压v
rc
输出端，所述粗量化斜坡电压v
rc
输出端连接所述缓冲器bufout的输入端，并在粗量化阶段输出所述斜坡电压v
ramp
；
[0075]
所述细量化斜坡电压由电流积分产生，所述复位开关s
rst
一端连接由所述电流源i
ramp
产生的所述细量化斜坡电压v
rf
输入端，所述复位开关s
rst
的另一端接所述缓冲器bufrst的输出端，所述缓冲器bufrst的输入端接复位电压v
rst
的输入端，所述细量化斜坡电压v
rf
输入端也是所述积分电容c
int
的正端，所述积分电容c
int
负端接地，所述细量化斜坡电
压v
rf
通过所述开关sf连接到所述缓冲器bufout的输入端，并在细量化阶段输出所述斜坡电压v
ramp
。
[0076]
所述细量化斜坡电压v
rf
也可以像所述粗量化斜坡电压v
rc
一样由电阻串产生。同理，所述粗量化斜坡电压v
rc
也可以像所述细量化斜坡电压v
rf
通过电流积分产生。例如，所述粗量化斜坡电压v
rc
通过串联电阻分压产生，所述细量化斜坡信号v
rf
由串联电阻分压产生；或者，所述粗量化斜坡电压v
rc
通过电流积分产生，所述细量化斜坡信号v
rf
由串联电阻分压产生；或者，所述粗量化斜坡电压v
rc
通过电流积分产生，所述细量化斜坡信号v
rf
由电流积分产生。不论斜坡信号产生方式如何组合都属于本专利的范畴。
[0077]
以下以640
×
512阵列非制冷红外读出电路为例对本发明进行具体说明，但不用来限制本发明的范围。
[0078]
假设所述模数转换器的分辨率为n＝14比特，其量化范围是v
l
＝5v至vh＝9.069v，其中把14比特分为高位和低位两部分，高位段为m＝4比特，所述模数转换器低位段为l＝10比特。
[0079]
根据公式v
in
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
(1)计算v
in
值，其中v
dc
为所述粗量化阶段每个时钟周期步长，其中v
dc
＝fsr/2m，fsr为所述模数转换器的量程，其中fsr＝v
h-v
l
＝9.069-5＝4.096v，则v
dc
＝4.096/24＝0.256v，v
lsb
为所述细量化阶段每个时钟周期步长，其中v
lsb
＝0.256/2
10
＝0.00025v，m是粗量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤m≤15，假设m＝8，而x是细量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤x《1024，假设x＝1000，将以上数据代入则v
in
＝7.298v。
[0080]
如在图2a和图2b所示的实施例中，在所述粗量化阶段，所述粗量化斜坡电压v
rc
从所述最低量化电压v
l
＝5v逐步上升到最高量化电压vh＝9.069v，每个时钟周期增加电压v
dc
，与此同时，所述粗量化计数器从0开始每个时钟周期加1，加法计数到2
m-1＝15，当粗量化斜坡电压v
rc
上升到v
l
+(m+1)*v
dc
＝7.304v时，由于比较器正端输入的电压为v
l
+(m+1)*v
dc
＝7.304v大于v
in
＝7.298v，所述比较器输出的所述粗量化跳变信号v
step
发生跳变，并且这时所述粗量化计数器计数到m＝8，控制信号o
1s
无效，开关断开，其中控制信号o
1s
无效为控制信号o
1s
变低，v
neg
不再等于v
l
＝5v，而是跟着v
pos
变化，并且电容ch上保持此时的电压差7.304-5＝2.304v，所述粗量化跳变信号v
step
控制所述存储器锁存此时的粗量化计数器值8作为所述粗量化数据结果，完成了粗量化；
[0081]
在所述细量化阶段，先通过复位信号rst将比较器复位，使其输出的跳变信号v
step
恢复为高电平。所述开关选通，所述电容ch负端电压v
neg
等于所述细量化斜坡电压v
rf
，并且所述细量化斜坡电压v
rf
从v
l-v
dc
＝4.744v增长到v
l
＝5v，每个时钟周期增加电压v
lsb
，由于电容ch上具有电压差v
l
+(m+1)*v
dc-v
l
，这时比较器正端上的电压v
pos
为电容ch上具有电压差v
l
+(m+1)*v
dc-v
l
与所述细量化斜坡电压v
rf
之和，即，比较器正端上的电压v
pos
从v
l
+m*v
dc
增加到v
l
+(m+1)*v
dc
。与此同时，所述细量化计数器从0开始每个时钟周期加1，加法计数到2
l-1＝1023，当细量化斜坡电压v
rf
上升到v
l-v
dc
+(x+1)*v
lsb
＝4.99425v时，比较器正端的电压v
pos
等于4.99425+2.304＝7.29825v，其大于负端的v
in
＝7.298v，所述比较器输出的所述细量化跳变信号v
step
发生跳变，并且此时所述细量化计数器计数到x＝1000，所述细量化跳变信号v
step
控制所述存储器锁存此时的细量化计数器值1000作为所述细量化数据结果，完成了细量化；
[0082]
所述粗量化数据结果m＝8和所述细量化数据结果x＝1000通过总线x
out
输出到所述数字处理电路，对公式(1)进行计算可以得出v
in
＝7.298v。
[0083]
图2a和图2b所示的实施例中存在一个瑕疵，那就是损失了大小为v
dc
的电压动态范围。比如，高位只有3比特，那么动态范围仅有线性范围的8/9。因此，4.352v的线性范围只能得到3.868v的动态范围。
[0084]
图3a和图3b所示的实施例，可以避免损失电压动态范围。
[0085]
在所述粗量化阶段开始时，所述开关和开关闭合，所述电容ch正端电压v
pos
等于所述粗量化斜坡电压v
rc
，而所述电容ch负端电压v
neg
等于所述最低量化电压v
l
＝5v；
[0086]
在所述粗量化阶段，所述粗量化斜坡电压v
rc
从所述最高量化电压vh＝9.069v逐步下降到最低量化电压v
l
＝5v，每个时钟周期减少电压v
dc
，与此同时，所述粗量化计数器从2
m-1＝15开始减法倒数计数到0，每个时钟周期减1计数，当粗量化斜坡电压v
rc
下降到v
l
+m*v
dc
＝7.048v时，由于比较器正端输入电压v
l
+m*v
dc
＝7.048v＜v
in
＝7.298v，所述比较器输出所述粗量化跳变信号v
step
跳变，并且所述粗量化计数器计数到m＝8，控制信号o
1s
无效，开关断开，其中控制信号o
1s
无效为控制信号o
1s
变低，并且电容ch上保持此时的电压差7.048-5＝2.048v，所述粗量化跳变信号v
step
控制所述存储器锁存此时的粗量化计数器值8作为所述粗量化数据结果，完成了粗量化；
[0087]
在所述细量化阶段，先通过复位信号rst将比较器复位，使其输出的跳变信号v
step
恢复为高电平。所述开关选通，所述电容ch负端电压v
neg
等于所述细量化斜坡电压v
rf
，并且所述细量化斜坡电压v
rf
从所述最低量化电压v
l
＝5v增长到v
l
+v
dc
＝5.256v，每个时钟周期增加电压v
lsb
，与此同时，所述细量化计数器从0开始每个时钟周期加1，加法计数到2
l-1＝1023，当细量化斜坡电压v
rf
上升到v
l
+(x+1)*v
lsb
＝5.25025v时，所述比较器输出所述细量化跳变信号v
step
发生跳变，并且所述细量化计数器计数到x＝1000，所述细量化跳变信号v
step
控制所述存储器锁存此时的细量化计数器值1000作为所述细量化数据结果，完成了细量化；
[0088]
所述粗量化数据结果和所述细量化数据结果通过总线x
out
输出到所述数字处理电路进行计算得出v
in
。
[0089]
图3a和图3b所示的实施例，在所述细量化阶段，v
ramp
是从v
l
＝5v开始，而不是v
l-v
dc
＝4.744v，因此不存在任何电压动态范围的损失。
[0090]
示例性方法
[0091]
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0092]
图5是本发明的模数转换器控制方法流程图。
[0093]
图5示出一种用于所述的非制冷红外探测器的模数转换器的控制方法，所述方法包括如下步骤：
[0094]
步骤s501：所述斜坡发生器在所述粗量化阶段和所述细量化阶段给多个所述列内电路分别提供了斜坡电压，其中包括一段所述粗量化斜坡电压和一段所述细量化斜坡电压；
[0095]
步骤s502：所述粗量化计数器在所述粗量化阶段与所述粗量化斜坡电压同步计数所述粗量化数据，并输出最终计数的所述粗量化数据结果；
[0096]
步骤s503：所述细量化计数器在所述细量化阶段与所述细量化斜坡电压同步计数
所述细量化数据，并输出最终计数的所述细量化数据结果；
[0097]
步骤s504：所述列内电路比较所述粗量化斜坡电压和所述待检测电压的大小，产生一个所述粗量化跳变信号并根据所述粗量化跳变信号锁存此刻的所述粗量化数据结果，存储此时的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差，以及比较所述存储的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差加上所述细量化斜坡电压之和与所述待检测电压之间的大小，产生一个所述细量化跳变信号并根据所述细量化跳变信号锁存此刻的所述细量化数据结果。
[0098]
其中所述粗量化数据结果和所述细量化数据结果为格雷码；存储器中的粗量化数据结果和粗量化数据结果通过数据总线x
out
输出到数字处理电路。所述数字处理电路将所述格雷码转换为二进制码并对所述二进制码进行并转串等运算，然后将运算结果d
out
输出到片外。
[0099]
所述的列内电路包括比较器、逻辑电路、存储器、开关开关开关和电容ch；其中所述方法还包括如下步骤：
[0100]
所述斜坡电压v
ramp
输入端通过所述开关连接到所述电容ch的正端v
pos
，所述电容ch的正端v
pos
还连接了所述比较器的正输入端，所述电容ch的负端v
neg
分别通过所述开关和所述开关连接到所述斜坡电压v
ramp
的输入端和最低量化电压v
l
的输入端，所述比较器负输入端接所述待检测电压v
in
的输入端，所述比较器输出端输出所述跳变信号v
step
到所述存储器和所述逻辑电路。
[0101]
当所述比较器接收到一个复位信号时，可将输出的所述跳变信号v
step
复位到高电平。
[0102]
所述比较器输出的所述跳变信号v
step
发生跳变时，所述存储器将粗量化数据结果和细量化数据结果锁存下来；
[0103]
所述逻辑电路输入是所述跳变信号v
step
和控制信号o1，所述逻辑电路输出是控制信号o
1s
，其中控制信号o1为粗量化阶段控制信号，当控制信号o1为有效时，所述模数转换器处于所述粗量化阶段，所述控制信号o
1s
用于控制所述开关
[0104]
所述开关受控制信号o2所控制，其中控制信号o2为细量化阶段控制信号，当控制信号o2为有效时，所述模数转换器处于所述细量化阶段。
[0105]
模数转换器控制方法实施例3
[0106]
所述开关由所述控制信号o1所控制；其中所述方法还包括如下步骤：
[0107]
在所述粗量化阶段，所述控制信号o1有效，所述控制信号o2无效，所述开关闭合，并且开关断开；在所述细量化阶段，所述控制信号o1无效，所述控制信号o2有效，所述开关断开，并且开关闭合；
[0108]
所述控制信号o
1s
在所述粗量化阶段开始时有效，控制所述开关闭合，并通过所述斜坡电压v
ramp
与所述最低量化电压v
l
之间的电压差对所述电容ch充电，直到所述粗量化跳变信号发生跳变时无效，并控制所述开关断开，电容ch上电压差保持不变。
[0109]
所述模数转换器的分辨率为n比特，其量化范围是v
l
至vh，vh为最高量化电压，其中把n比特分为高位和低位两部分高位段为m个比特，所述模数转换器低位段为l个比特，n＝m+l；
[0110]
根据如下公式计算v
in
值：
[0111]vin
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
ꢀꢀꢀ
(1)
[0112]
其中v
dc
为所述粗量化阶段每个时钟周期步长，其中v
dc
＝fsr/2m，fsr为所述模数转换器的量程，其中fsr＝v
h-v
l
，v
lsb
为所述细量化阶段每个时钟周期步长，其中v
lsb
＝v
dc
/2
l
，m是粗量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤m≤2
m-1，而x是细量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤x《2
l
；因此，v
dc
》x*v
lsb
。其中所述方法还包括如下步骤：
[0113]
所述斜坡电压v
ramp
在粗量化阶段用粗量化斜坡电压v
rc
表示，在细量化阶段用细量化斜坡电压v
rf
表示。
[0114]
在所述粗量化阶段，所述粗量化斜坡电压v
rc
从所述最低量化电压v
l
逐步上升到最高量化电压vh，每个时钟周期增加电压v
dc
，与此同时，所述粗量化计数器从0开始每个时钟周期加1，加法计数到2
m-1，当粗量化斜坡电压v
rc
上升到v
l
+(m+1)*v
dc
时，由于比较器正端输入的电压为v
l
+(m+1)*v
dc
大于v
in
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
，所述比较器输出所述粗量化跳变信号v
step
发生跳变，并且所述粗量化计数器计数到m，控制信号o
1s
无效，开关断开，其中控制信号o
1s
无效为控制信号o
1s
变低，所述粗量化跳变信号v
step
控制所述存储器锁存此时的粗量化计数器值m作为所述粗量化数据结果，并且所述电容ch保持此时所述粗量化斜坡电压与所述最低量化电压之差，即，v
l
+(m+1)*v
dc-v
l
，完成了粗量化；
[0115]
在所述细量化阶段，先通过复位信号rst将比较器复位，使其输出的跳变信号v
step
恢复为高电平。所述开关选通，所述电容ch负端电压等于所述细量化斜坡电压v
rf
，并且所述细量化斜坡电压v
rf
从v
l-v
dc
增长到v
l
，每个时钟周期增加电压v
lsb
，由于电容ch上具有电压差v
l
+(m+1)*v
dc-v
l
，这时比较器正端上的电压v
pos
为电容ch上具有电压差v
l
+(m+1)*v
dc-v
l
与所述细量化斜坡电压v
rf
之和，即，比较器正端上的电压v
pos
从v
l
+m*v
dc
增加到v
l
+(m+1)*v
dc
。与此同时，所述细量化计数器从0开始每个时钟周期加1，加法计数到2
l-1，当细量化斜坡电压v
rf
上升到v
l-v
dc
+(x+1)*v
lsb
时，由于比较器正端上的电压为(v
l
+(m+1)*v
dc-v
l
)+(v
l-v
dc
+(x+1)*v
lsb
)＝v
l
+m*v
dc
+(x+1)*v
lsb
，大于v
in
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
，因此所述比较器输出所述细量化跳变信号v
step
发生跳变，并且所述细量化计数器计数到x，所述细量化跳变信号v
step
控制所述存储器锁存此时的细量化计数器值x作为所述细量化数据结果，完成了细量化；
[0116]
所述粗量化数据结果和所述细量化数据结果通过总线x
out
输出到所述数字处理电路。
[0117]
模数转换器控制方法实施例4
[0118]
与所述模数转换器控制方法实施例3相比，模数转换器控制方法实施例4相同之处在于电路结构相同，不同之处在于开关的控制时序不同，实施例4中所述开关由所述控制信号o
1s
所控制；实施例4中斜坡电压波形不同，在粗量化阶段，所述粗量化斜坡电压v
rc
从所述最高量化电压vh逐步下降到最低量化电压v
l
。
[0119]
其中所述方法还包括如下步骤：
[0120]
在所述粗量化阶段，所述控制信号o2无效，控制所述开关断开；在所述细量化阶段，所述控制信号o2有效，控制所述开关闭合；
[0121]
所述控制信号o
1s
在所述粗量化阶段开始时有效，控制所述开关和开关闭合，并通过所述粗量化斜坡电压与所述最低量化电压之间的电压差对所述电容ch放电，直到所述粗量化跳变信号发生跳变时无效，并控制所述开关和所述开关断开，所述电容ch上电压差保持不变。
[0122]
所述模数转换器的分辨率为n比特，其量化范围是v
l
至vh，vh为最高量化电压，其中把n比特分为高位和低位两部分高位段为m个比特，所述模数转换器低位段为l个比特，n＝m+l；
[0123]
根据如下公式计算v
in
值：
[0124]vin
＝v
l
+m*v
dc
+x*v
lsb
ꢀꢀꢀ
(1)
[0125]
其中v
dc
为所述粗量化阶段每个时钟周期步长，其中v
dc
＝fsr/2m，fsr为所述模数转换器的量程，其中fsr＝v
h-v
l
，v
lsb
为所述细量化阶段每个时钟周期步长，其中v
lsb
＝v
dc
/2
l
，m是粗量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤m≤2
m-1，而x是细量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤x《2
l
；因此，v
dc
》x*v
lsb
。其中所述方法还包括如下步骤：
[0126]
所述斜坡电压v
ramp
在粗量化阶段用粗量化斜坡电压v
rc
表示，在细量化阶段用细量化斜坡电压v
rf
表示。
[0127]
在所述粗量化阶段开始时，所述开关和开关闭合，所述电容ch正端电压v
pos
等于所述粗量化斜坡电压v
rc
，而所述电容ch负端电压v
neg
等于所述最低量化电压v
l
；
[0128]
在所述粗量化阶段，所述粗量化斜坡电压v
rc
从所述最高量化电压vh逐步下降到最低量化电压v
l
，每个时钟周期减少电压v
dc
，与此同时，所述粗量化计数器从2
m-1开始减法倒数计数到0，每个时钟周期减1计数，当粗量化斜坡电压v
rc
下降到v
l
+m*v
dc
时，所述比较器输出所述粗量化跳变信号v
step
跳变，并且所述粗量化计数器计数到m，控制信号o
1s
无效，开关断开，其中控制信号o
1s
无效为控制信号o
1s
变低，所述粗量化跳变信号v
step
控制所述存储器锁存此时的粗量化计数器值m作为所述粗量化数据结果，并且所述电容ch保持此时所述粗量化斜坡电压与所述最低量化电压之差，即，v
l
+m*v
dc-v
l
，完成了粗量化；
[0129]
在所述细量化阶段，先通过复位信号rst将比较器复位，使其输出的跳变信号v
step
恢复为高电平。所述开关选通，所述电容ch负端电压v
neg
等于所述细量化斜坡电压v
rf
，并且所述细量化斜坡电压v
rf
从v
l
增长到v
l
+v
dc
，每个时钟周期增加电压v
lsb
，与此同时，所述细量化计数器从0开始每个时钟周期加1，加法计数到2
l-1，当细量化斜坡电压v
rf
上升到v
l
+(x+1)*v
lsb
时，所述比较器输出所述细量化跳变信号v
step
发生跳变，并且所述细量化计数器计数到x，所述细量化跳变信号v
step
控制所述存储器锁存此时的细量化计数器值x作为所述细量化数据结果，完成了细量化；
[0130]
所述粗量化数据结果和所述细量化数据结果通过总线x
out
输出到所述数字处理电路。
[0131]
所述粗量化斜坡电压通过串联电阻分压或电流积分产生，所述细量化斜坡电压由串联电阻分压或电流积分产生。
[0132]
所述斜坡发生器包括电阻串、缓冲器bufl、缓冲器bufh、缓冲器bufout、缓冲器bufrst、积分电容c
int
、电流源i
dac
、电流源i
ramp
、多个分压开关、开关selv、开关seli、复位开关s
rst
和开关sf；
[0133]
所述斜坡发生器在所述粗量化阶段和所述细量化阶段给所有所述列内电路提供了一段所述粗量化斜坡电压和一段所述细量化斜坡电压的步骤还包括如下步骤：
[0134]
所述粗量化斜坡电压v
rc
是由所述电阻串产生，所述电阻串的负端接所述缓冲器bufl的输出端，所述缓冲器bufl的输入端接最低量化输入电压v
l1
输入端，所述电阻串的正端通过所述开关selv连接到缓冲器bufh的输出端，所述缓冲器bufh的输入端接所述最高量
化输入电压v
h1
输入端，所述电阻串的正端还通过所述开关seli连接到所述电流源i
dac
，所述电阻串输出电压从所述最低量化电压v
l
增长到所述最高量化电压vh，所述多个分压开关(s[0:2m])分别将所述电阻串各个输出电压连接到所述粗量化斜坡电压v
rc
输出端，所述粗量化斜坡电压v
rc
输出端连接所述缓冲器bufout的输入端，并在粗量化阶段输出所述斜坡电压v
ramp
；
[0135]
所述细量化斜坡电压由电流积分产生，所述复位开关s
rst
一端连接由所述电流源i
ramp
产生的所述细量化斜坡电压v
rf
输入端，所述复位开关s
rst
的另一端接所述缓冲器bufrst的输出端，所述缓冲器bufrst的输入端接复位电压v
rst
的输入端，所述细量化斜坡电压v
rf
输入端也是所述积分电容c
int
的正端，所述积分电容c
int
负端接地，所述细量化斜坡电压v
rf
通过所述开关sf连接到所述缓冲器bufout的输入端，并在细量化阶段输出所述斜坡电压v
ramp
。
[0136]
所述细量化斜坡电压v
rf
也可以像所述粗量化斜坡电压v
rc
一样由电阻串产生。同理，所述粗量化斜坡电压v
rc
也可以像所述细量化斜坡电压v
rf
通过电流积分产生。例如，所述粗量化斜坡电压v
rc
通过串联电阻分压产生，所述细量化斜坡信号v
rf
由串联电阻分压产生；或者，所述粗量化斜坡电压v
rc
通过电流积分产生，所述细量化斜坡信号v
rf
由串联电阻分压产生；或者，所述粗量化斜坡电压v
rc
通过电流积分产生，所述细量化斜坡信号v
rf
由电流积分产生。不论斜坡信号产生方式如何组合都属于本专利的范畴。
[0137]
以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。并且，在本发明的结构中，各部件是可以分解和/或重新组合的，这些分解和/或重新组合应该视为本发明的等效方案。本发明提供：1、一种用于非制冷红外探测器的模数转换器，其特征在于包括：斜坡发生器，所述斜坡发生器被配置为在粗量化阶段和细量化阶段给多个列内电路分别提供了斜坡电压，其中包括一段粗量化斜坡电压和一段细量化斜坡电压；粗量化计数器，所述粗量化计数器被配置为在所述粗量化阶段与所述粗量化斜坡电压同步计数粗量化数据，并输出最终计数的粗量化数据结果；细量化计数器，所述细量化计数器被配置为在所述细量化阶段与所述细量化斜坡电压同步计数细量化数据，并输出最终计数的细量化数据结果；列内电路，所述列内电路被配置为比较所述粗量化斜坡电压和待检测电压的大小，产生一个粗量化跳变信号并根据所述粗量化跳变信号锁存此刻的粗量化数据结果，存储此时的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差，以及比较所述存储的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差加上所述细量化斜坡电压之和与所述待检测电压之间的大小，产生一个细量化跳变信号并根据所述细量化跳变信号锁存此刻的细量化数据结果。2、根据第1项所述的模数转换器，其中所述粗量化数据结果和细量化数据结果为格雷码；所述模数转换器还包括数字处理电路，所述数字处理电路被配置为将所述格雷码转换为二进制码并对所述二进制码进行运算，然后将运算结果输出到片外。3、根据第1项所述的模数转换器，其中所述列内电路包括比较器、逻辑电路、存储
器、第一开关、第二开关、第三开关和第一电容；其中用于输入所述斜坡电压的斜坡电压输入端通过所述第一开关连接到所述第一电容的正端，所述第一电容的正端还连接了所述比较器的正输入端，所述第一电容的负端分别通过所述第二开关和所述第三开关连接到所述斜坡电压的输入端和最低量化电压的输入端，所述比较器负输入端接所述待检测电压的输入端，所述比较器输出端输出所述跳变信号到所述存储器和所述逻辑电路；所述比较器输出的所述跳变信号发生跳变时，所述存储器将粗量化数据结果和细量化数据结果锁存下来；所述逻辑电路输入是所述跳变信号和第一控制信号，所述逻辑电路输出是第三控制信号，其中所述第一控制信号为粗量化阶段控制信号，当所述第一控制信号为有效时，所述模数转换器处于所述粗量化阶段，所述第三控制信号用于控制所述第三开关；所述第二开关受第二控制信号所控制，其中第二控制信号为细量化阶段控制信号，当第二控制信号为有效时，所述模数转换器处于所述细量化阶段。4、根据第3项所述的模数转换器，其中当所述比较器接收到一个复位信号时，可将输出的所述跳变信号复位到高电平。5、根据第3项所述的模数转换器，其中所述第一开关由所述第一控制信号所控制；在所述粗量化阶段，所述第一控制信号有效，所述第二控制信号无效，所述第一开关闭合，并且第二开关断开；在所述细量化阶段，所述第一控制信号无效，所述第二控制信号有效，所述第一开关断开，并且第二开关闭合；所述第三控制信号在所述粗量化阶段开始时有效，控制所述第三开关闭合，并通过所述斜坡电压与所述最低量化电压之间的电压差对所述第一电容充电，直到所述粗量化跳变信号发生跳变时无效，并控制所述第三开关断开，第一电容上电压差保持不变。6、根据第5项所述的模数转换器，其特征在于：所述模数转换器的分辨率为n比特，其量化范围是vl至vh，vl为最低量化电压，vh为最高量化电压，其中把n比特分为高位和低位两部分，高位段为m个比特，低位段为l个比特；根据公式vin＝vl+m*vdc+x*vlsb计算所述待检测电压，其中vin为所述待检测电压，vdc为所述粗量化阶段每个时钟周期所述粗量化斜坡电压的变化的步长，其中vdc＝fsr/2m，fsr为所述模数转换器的量程，其中fsr＝vh-vl，vlsb为所述细量化阶段每个时钟周期所述细量化斜坡电压变化的步长，其中vlsb＝vdc/2l，m是粗量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤m≤2m-1，而x是细量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤x《2l；在所述粗量化阶段，所述粗量化斜坡电压从所述最低量化电压逐步上升到最高量化电压，每个时钟周期增加电压vdc，与此同时，所述粗量化计数器从0开始每个时钟周期加1计数，当粗量化斜坡电压上升到vl+(m+1)*vdc时，所述比较器输出所述粗量化跳变信号，并且所述粗量化计数器计数到m，所述第三开关断开，所述存储器锁存此时的粗量化计数器值m作为所述粗量化数据结果，并且所述第一电容保持此时所述粗量化斜坡电压与所述最低量化电压之差；
在所述细量化阶段，所述第二开关选通，所述第一电容负端电压等于所述细量化斜坡电压，并且所述细量化斜坡电压从vl-vdc增长到vl，每个时钟周期增加电压vlsb，与此同时，所述细量化计数器从0开始每个时钟周期加1计数，当细量化斜坡电压上升到vl-vdc+(x+1)*vlsb时，所述比较器输出所述细量化跳变信号，并且所述细量化计数器计数到x，所述存储器锁存此时的细量化计数器值x作为所述细量化数据结果，完成了细量化；所述粗量化数据结果和所述细量化数据结果输出到所述数字处理电路。7、根据第3项所述的模数转换器，其中所述第一开关由所述第三控制信号所控制；在所述粗量化阶段，所述第二控制信号无效，控制所述第二开关断开；在所述细量化阶段，所述第二控制信号有效，控制所述第二开关闭合；所述第三控制信号在所述粗量化阶段开始时有效，控制所述第一开关和所述第三开关闭合，并通过所述粗量化斜坡电压与所述最低量化电压之间的电压差对所述第一电容放电，直到所述粗量化跳变信号发生跳变时无效，并控制所述第一开关和所述第三开关断开，所述第一电容上电压差保持不变。8、根据第7项所述的模数转换器，其特征在于：所述模数转换器的分辨率为n比特，其量化范围是vl至vh，vl为最低量化电压，vh为最高量化电压，其中把n比特分为高位和低位两部分高位段为m个比特，所述模数转换器低位段为l个比特；根据公式vin＝vl+m*vdc+x*vlsb计算所述待检测电压，其中vin为所述待检测电压，vdc为所述粗量化阶段每个时钟周期所述粗量化斜坡电压的变化的步长，其中vdc＝fsr/2m，fsr为所述模数转换器的量程，其中fsr＝vh-vl，vlsb为所述细量化阶段每个时钟周期所述细量化斜坡电压变化的步长，其中vlsb＝vdc/2l，m是粗量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤m≤2m-1，而x是细量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤x《2l；在所述粗量化阶段开始时，所述第一开关和第三开关闭合，所述第一电容正端电压等于所述粗量化斜坡电压，而所述第一电容负端电压等于所述最低量化电压；在所述粗量化阶段，所述粗量化斜坡电压从所述最高量化电压vh逐步下降到最低量化电压vl，每个时钟周期减小电压vdc，同时，所述粗量化计数器从2m-1开始倒数，每个时钟周期减1计数，当粗量化斜坡电压下降到vl+m*vdc时，所述比较器输出所述粗量化跳变信号，并且所述粗量化计数器计数到m，所述第三开关断开，所述存储器锁存此时的粗量化计数器值m作为所述粗量化数据结果，并且所述第一电容保持此时所述粗量化斜坡电压与所述最低量化电压之差；在所述细量化阶段，所述第二开关选通，所述第一电容负端电压等于所述细量化斜坡电压，并且所述细量化斜坡电压从vl增长到vl+vdc，每个时钟周期增加电压vlsb，与此同时，所述细量化计数器从0开始计数，每个时钟周期加1，当细量化斜坡电压上升到vl+(x+1)*vlsb时，所述比较器输出所述细量化跳变信号，并且所述细量化计数器计数到x，所述存储器锁存此时的细量化计数器值x作为所述细量化数据结果，完成了细量化；所述粗量化数据结果和所述细量化数据结果输出到所述数字处理电路。9、根据第1项所述的模数转换器，其中所述粗量化斜坡电压通过串联电阻分压或电流积分产生，所述细量化斜坡电压由串联电阻分压或电流积分产生。
10、根据第9项所述的模数转换器，其中所述的斜坡发生器包括电阻串、第一缓冲器、第二缓冲器、第三缓冲器、第四缓冲器、第二电容、第一电流源、第二电流源、多个分压开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关；其中所述粗量化斜坡电压是由所述电阻串产生，所述电阻串的负端接所述第一缓冲器的输出端，所述第一缓冲器的输入端接最低量化输入电压输入端，所述电阻串的正端通过所述第四开关连接到第二缓冲器的输出端，所述第二缓冲器的输入端接所述最高量化输入电压输入端，所述电阻串的正端还通过所述第五开关连接到所述第一电流源，所述电阻串输出电压从所述最低量化电压增长到所述最高量化电压，所述多个分压开关(s[0:2m])分别将所述电阻串各个输出电压连接到所述粗量化斜坡电压输出端，所述粗量化斜坡电压输出端连接所述第三缓冲器的输入端，并在所述粗量化阶段输出所述斜坡电压；所述细量化斜坡电压由电流积分产生，所述第六开关一端连接由所述第二电流源产生的所述细量化斜坡电压输入端，所述第六开关的另一端接第四缓冲器的输出端，所述第四缓冲器的输入端接复位电压的输入端，所述细量化斜坡电压输入端也是所述第二电容的正端，所述第二电容负端接地，所述细量化斜坡电压通过所述第七开关连接到所述第三缓冲器的输入端，并在细量化阶段输出所述斜坡电压。11、一种用于第1项中所述的非制冷红外探测器的模数转换器的控制方法，所述方法包括如下步骤：所述斜坡发生器在所述粗量化阶段和所述细量化阶段给多个所述列内电路分别提供了斜坡电压，其中包括一段所述粗量化斜坡电压和一段所述细量化斜坡电压；所述粗量化计数器在所述粗量化阶段与所述粗量化斜坡电压同步计数所述粗量化数据，并输出最终计数的所述粗量化数据结果；所述细量化计数器在所述细量化阶段与所述细量化斜坡电压同步计数所述细量化数据，并输出最终计数的所述细量化数据结果；所述列内电路比较所述粗量化斜坡电压和所述待检测电压的大小，产生一个所述粗量化跳变信号并根据所述粗量化跳变信号锁存此刻的所述粗量化数据结果，存储此时的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差，以及比较所述存储的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差加上所述细量化斜坡电压之和与所述待检测电压之间的大小，产生一个所述细量化跳变信号并根据所述细量化跳变信号锁存此刻的所述细量化数据结果。12、根据第11项所述的控制方法，其中所述粗量化数据结果和所述细量化数据结果为格雷码；所述方法还包括将所述格雷码转换为二进制码并对所述二进制码进行运算，然后将运算结果输出到片外。13、根据第11项所述的控制方法，其中所述列内电路包括比较器、逻辑电路、存储器、第一开关、第二开关、第三开关和第一电容；其中所述方法还包括如下步骤：用于输入所述斜坡电压的斜坡电压输入端通过所述第一开关连接到所述第一电容的正端，所述第一电容的正端还连接了所述比较器的正输入端，所述第一电容的负端分别通过所述第二开关和所述第三开关连接到所述斜坡电压的输入端和最低量化电压的输入端，所述比较器负输入端接所述待检测电压的输入端，所述比较器输出端输出所述跳变信号到所述存储器和所述逻辑电路；
所述比较器输出的所述跳变信号发生跳变时，所述存储器将粗量化数据结果和细量化数据结果锁存下来；所述逻辑电路输入是所述跳变信号和第一控制信号，所述逻辑电路输出是第三控制信号，其中所述第一控制信号为粗量化阶段控制信号，当所述第一控制信号为有效时，所述模数转换器处于所述粗量化阶段，所述第三控制信号用于控制所述第三开关；所述第二开关受第二控制信号所控制，其中第二控制信号为细量化阶段控制信号，当第二控制信号为有效时，所述模数转换器处于所述细量化阶段。14、根据第13项所述的控制方法，其中当所述比较器接收到一个复位信号时，可将输出的所述跳变信号复位到高电平。15、根据第13项所述的控制方法，其中所述第一开关由所述第一控制信号所控制；其中所述方法还包括如下步骤：在所述粗量化阶段，所述第一控制信号有效，所述第二控制信号无效，所述第一开关闭合，并且第二开关断开；在所述细量化阶段，所述第一控制信号无效，所述第二控制信号有效，所述第一开关断开，并且第二开关闭合；所述第三控制信号在所述粗量化阶段开始时有效，控制所述第三开关闭合，并通过所述斜坡电压与所述最低量化电压之间的电压差对所述第一电容充电，直到所述粗量化跳变信号发生跳变时无效，并控制所述第三开关断开，第一电容上电压差保持不变。16、根据第15项所述的控制方法，其特征在于：所述模数转换器的分辨率为n比特，其量化范围是vl至vh，vl为最低量化电压，vh为最高量化电压，其中把n比特分为高位和低位两部分高位段为m个比特，所述模数转换器低位段为l个比特；根据公式vin＝vl+m*vdc+x*vlsb计算所述待检测电压，其中vin为所述待检测电压，vdc为所述粗量化阶段每个时钟周期所述粗量化斜坡电压的变化的步长，其中vdc＝fsr/2m，fsr为所述模数转换器的量程，其中fsr＝vh-vl，vlsb为所述细量化阶段每个时钟周期所述细量化斜坡电压变化的步长，其中vlsb＝vdc/2l，m是粗量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤m≤2m-1，而x是细量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤x《2l；其中所述方法还包括如下步骤：在所述粗量化阶段，所述粗量化斜坡电压从所述最低量化电压逐步上升到最高量化电压，每个时钟周期增加电压vdc，与此同时，所述粗量化计数器从0开始每个时钟周期加1计数，当粗量化斜坡电压上升到vl+(m+1)*vdc时，所述比较器输出所述粗量化跳变信号，并且所述粗量化计数器计数到m，所述第三开关断开，所述存储器锁存此时的粗量化计数器值m作为所述粗量化数据结果，并且所述第一电容保持此时所述粗量化斜坡电压与所述最低量化电压之差；在所述细量化阶段，所述第二开关选通，所述第一电容负端电压等于所述细量化斜坡电压，并且所述细量化斜坡电压从vl-vdc增长到vl，每个时钟周期增加电压vlsb，与此同时，所述细量化计数器从0开始每个时钟时钟周期加1计数，当细量化斜坡电压上升到vl-vdc+(x+1)*vlsb时，所述比较器输出所述细量化跳变信号，并且所述细量化计数器计数到
x，所述存储器锁存此时的细量化计数器值x作为所述细量化数据结果，完成了细量化；所述粗量化数据结果和所述细量化数据结果输出到所述数字处理电路。17、根据第13项所述的控制方法，其中所述第一开关由所述第三控制信号所控制；其中所述方法还包括如下步骤：在所述粗量化阶段，所述第二控制信号无效，控制所述第二开关断开；在所述细量化阶段，所述第二控制信号有效，控制所述第二开关闭合；所述第三控制信号在所述粗量化阶段开始时有效，控制所述第一开关和所述第三开关闭合，并通过所述粗量化斜坡电压与所述最低量化电压之间的电压差对所述第一电容放电，直到所述粗量化跳变信号发生跳变时无效，并控制所述第一开关和所述第三开关断开，所述第一电容上电压差保持不变。18、根据第17项所述的控制方法，其特征在于：所述模数转换器的分辨率为n比特，其量化范围是vl至vh，vl为最低量化电压，vh为最高量化电压，其中把n比特分为高位和低位两部分高位段为m个比特，所述模数转换器低位段为l个比特；根据公式vin＝vl+m*vdc+x*vlsb计算所述待检测电压，其中vin为所述待检测电压，vdc为所述粗量化阶段每个时钟周期所述粗量化斜坡电压的变化的步长，其中vdc＝fsr/2m，fsr为所述模数转换器的量程，其中fsr＝vh-vl，vlsb为所述细量化阶段每个时钟周期所述细量化斜坡电压变化的步长，其中vlsb＝vdc/2l，m是粗量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤m≤2m-1，而x是细量化阶段比较器输出跳变信号时的计数值，并且0≤x《2l；其中所述方法还包括如下步骤：在所述粗量化阶段开始时，所述第一开关和第三开关闭合，所述第一电容正端电压等于所述粗量化斜坡电压，而所述第一电容负端电压等于所述最低量化电压；在所述粗量化阶段，所述粗量化斜坡电压从所述最高量化电压vh逐步下降到最低量化电压vh，每个时钟周期减小电压vdc，同时，所述粗量化计数器从2m-1开始倒数，每个时钟周期减1计数，当粗量化斜坡电压下降到vl+m*vdc时，所述比较器输出所述粗量化跳变信号，并且所述粗量化计数器计数到m，所述第三开关断开，所述存储器锁存此时的粗量化计数器值m作为所述粗量化数据结果，并且所述第一电容保持此时所述粗量化斜坡电压与所述最低量化电压之差；在所述细量化阶段，所述第二开关选通，所述第一电容负端电压等于所述细量化斜坡电压，并且所述细量化斜坡电压从vl增长到vl+vdc，每个时钟周期增加电压vlsb，与此同时，所述细量化计数器从0开始计数，每个时钟周期加1，当细量化斜坡电压上升到vl+(x+1)*vlsb时，所述比较器输出所述细量化跳变信号，并且所述细量化计数器计数到x，所述存储器锁存此时的细量化计数器值x作为所述细量化数据结果，完成了细量化；所述粗量化数据结果和所述细量化数据结果输出到所述数字处理电路。19、根据第11项所述的控制方法，其中所述粗量化斜坡电压通过串联电阻分压或电流积分产生，所述细量化斜坡电压由串联电阻分压或电流积分产生。20、根据第19项所述的控制方法，其中所述的斜坡发生器包括电阻串、第一缓冲器、第二缓冲器、第三缓冲器、第四缓冲器、第二电容、第一电流源、第二电流源、多个分压开
关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关；所述斜坡发生器在所述粗量化阶段和所述细量化阶段给所有所述列内电路提供了一段所述粗量化斜坡电压和一段所述细量化斜坡电压的步骤还包括如下步骤：所述粗量化斜坡电压是由所述电阻串产生，所述电阻串的负端接所述第一缓冲器的输出端，所述第一缓冲器的输入端接最低量化输入电压输入端，所述电阻串的正端通过所述第四开关连接到第二缓冲器的输出端，所述第二缓冲器的输入端接所述最高量化输入电压输入端，所述电阻串的正端还通过所述第五开关连接到所述第一电流源，所述电阻串输出电压从所述最低量化电压增长到所述最高量化电压，所述多个分压开关(s[0:2m])分别将所述电阻串各个输出电压连接到所述粗量化斜坡电压输出端，所述粗量化斜坡电压输出端连接所述第三缓冲器的输入端，并在所述粗量化阶段输出所述斜坡电压；所述细量化斜坡电压由电流积分产生，所述第六开关一端连接由所述第二电流源产生的所述细量化斜坡电压输入端，所述第六开关的另一端接第四缓冲器的输出端，所述第四缓冲器的输入端接复位电压的输入端，所述细量化斜坡电压输入端也是所述第二电容的正端，所述第二电容负端接地，所述细量化斜坡电压通过所述第七开关连接到所述第三缓冲器的输入端，并在细量化阶段输出所述斜坡电压。21、一种模数转换器的控制方法，所述方法包括如下步骤：在粗量化阶段和细量化阶段提供一个斜坡电压，其中包括一段粗量化斜坡电压和一段细量化斜坡电压；在所述粗量化阶段与所述粗量化斜坡电压同步计数粗量化数据，并输出最终计数的粗量化数据结果；在所述细量化阶段与所述细量化斜坡电压同步计数细量化数据，并输出最终计数的细量化数据结果；比较所述粗量化斜坡电压和待检测电压的大小，产生一个粗量化跳变信号并根据所述粗量化跳变信号锁存此刻的所述粗量化数据结果，存储此时的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差，以及比较所述存储的粗量化斜坡电压与最低量化电压之差加上所述细量化斜坡电压之和与所述待检测电压之间的大小，产生一个所述细量化跳变信号并根据所述细量化跳变信号锁存此刻的所述细量化数据结果。