专利名称：一种红外焦平面阵列探测器读出电路的斜波发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及红外焦平面阵列探测器的读出电路，尤其涉及一种红外焦平面阵列探测器读出电路的斜波发生器。
背景技术：
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。但是辐出度随温度升高而迅速增大而峰值辐射波长向短波方向移动，且任何波长的光谱辐出度都随温度的升高而增加。然而，辐出度都随温度升高而增加并非是线性的。红外焦平面阵列探测器在工作时，由于红外辐射的非线性，目标温度变化对敏感单元温度的影响是非线性的，经过线性Single-Slope ADC的转换后数字输出与探测目标温度呈非线性，且低温时变化缓慢，高温时变化迅速，因此低温物体检测细节不清晰，而高温物体可能过响应。此外，由于低温时响应较低，较低的模拟电压在实际中几乎不会出现，因此较低的数字码成为“死码”，致使数字码的有效利用率降低。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种可以实现分段斜率调节、并且能够避免因为低温模拟相应低造成的数字码利用率下降以及非线性红外焦平面阵列探测器读出电路的斜波发生器。本发明实施例公开的技术方案包括:
提供了一种红外焦平面阵列探测器读出电路的斜波发生器，其特征在于，包括:开关控制模块，所述开关控制模块包括数据输入端和η个输出控制端；斜波发生电路，所述斜波发生电路包括η个控制端和数据输出端，所述η个控制端与所述开关控制模块的所述η个输出控制端一一对应连接；电压抬升电路，所述电压抬升电路包括抬升输入端和抬升输出端，所述斜波发生电路的所述数据输出端连接到所述抬升输入端；其中η为大于或等于2的自然数。进一步地，所述开关控制模块包括m组控制单元，每组控制单元包括η个D触发器和η个控制开关；在每组控制单元中，所述η个D触发器的输出端与所述η个控制开关一一对应连接，并通过所述η个控制开关一一对应连接到所述η个输出控制端，并且每个D触发器的输入端连接到前一个触发器的输出端，其中每组控制单元中的第I个D触发器的输入端连接到前一组控制单元中的第η个D触发器的输出端，第I组控制单元的第I个D触发器的输入端连接到所述数据输入端；其中m为大于或者等于2的自然数。进一步地，所述斜波发生电路包括η条充电电路、第一开关、第二开关和电容；所述η条充电电路中的每条充电电路包括晶体管和开关管，所述晶体管的源极连接到系统电源，所述晶体管的漏极连接到所述开关管的源极，所述开关管的漏极通过所述第一开关接地并且通过所述第二开关连接到所述电容的第一端，所述电容的第二端连接到系统电源；所述电容的第一端连接到所述斜波发生电路的所述数据输出端；所述η条充电电路中的η个开关管的栅极与所述η个控制端一一对应连接；所述第一开关和所述第二开关是相互互补的开关。进一步地，所述斜波发生电路还包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第三开关，所述电容的所述第一端通过所述第三开关连接到所述第一晶体管的漏极，所述第一晶体管的源极接地，所述第一晶体管的栅极连接到所述第二晶体管的栅极；所述第二晶体管的源极接地，所述第二晶体管的漏极连接到所述第三晶体管的漏极并且连接到所述第二晶体管的栅极；所述第三晶体管的源极连接到系统电源；所述第三开关和所述第二开关是相互互补的开关。进一步地，所述电压抬升电路包括第四晶体管、第五晶体管和数模转换器；所述抬升输入端连接到所述第四晶体管的栅极，所述第四晶体管的漏极接地，所述第四晶体管的源极连接到所述抬升输出端，并且连接到所述第五晶体管的漏极；所述第五晶体管的栅极连接到所述数模转换器，所述第五晶体管的源极连接到系统电源。本发明的实施例中，开关控制模块中的m组控制单元在m组互不交叠的时钟分别控制下依次导通，输出特定时刻所需的n bit输出控制信号，该输出控制信号可控制该时刻斜波发生电路产生的信号的斜率，斜波发生电路的输出并且通过电压抬升电路抬升。因此可以实现分段斜率调节，使斜波发生器的输出电流逼近拟合曲线，并且避免因为低温模拟相应低造成的数字码利用率下降以及非线性。
图1是本发明一个实施例的红外焦平面阵列探测器读出电路的斜波发生器的模块不意图。图2是本发明一个实施例的红外焦平面阵列探测器读出电路的斜波发生器的开关控制模块的结构示意图。图3是本发明一个实施例的红外焦平面阵列探测器读出电路的斜波发生器斜波发生电路的结构示意图。图4是本发明一个实施例的红外焦平面阵列探测器读出电路的斜波发生器电压抬升电路的结构示意图。图5是本发明一个实施例中的m组互不交叠时钟的时序图。图6是本发明一个实施例的红外焦平面阵列探测器读出电路的斜波发生器的转换效果示意图。
具体实施方式
下面将参考附图详细说明本发明的实施例。如图1所示，本发明的一个实施例中，一种红外焦平面阵列探测器读出电路的斜波发生器包括开关控制模块10、斜波发生电路20和电压抬升电路30。开关控制模块10包括数据输入端和η个输出控制端。斜波发生电路20包括η个
控制端和数据输出端，该η个控制端与开关控制模块10的η个输出控制端--对应连接。
电压抬升电路30包括抬升输入端和抬升输出端，斜波发生电路20的数据输出端连接到电压抬升电路30的抬升输入端。电压抬升电路30的抬升输出端的输出即为本实施例的斜波发生器的输出。下面结合附图详细描述开关控制模块10、斜波发生电路20和电压抬升电路30的具体结构。图2是本发明的一个实施例的开关控制模块10的结构示意图。如图2所示，开关控制模块10包括数据输入端Data和η个输出控制端S0、S1、S2、...、Sn_2和Sn_l。该开关控制模块10还包括时钟输入端CLK_S。开关控制模块10可以包括m组控制单元，每组控制单元包括η个D触发器和η个控制开关(即图2中的CKO、CK1、…、或者CKm-1)。本发明的实施例中，每组控制单元中的η个D触发器实际上形成η位串并转换电路。如图2所示，在每组控制单元中，该η个D触发器的输出端与η个控制开关--
对应连接，并通过该η个控制开关一一对应连接到开关控制模块的η个输出控制端S0、S1、S2、...、Sn-2 和 Sn-1。而且，每组控制单元中，每个D触发器的输入端连接到前一个触发器的输出端，每组控制单元中的第I个D触发器的输入端连接到前一组控制单元中的第η个(即该组控制单元中的η个D触发器中的最后一个)D触发器的输出端，而第I组控制单元的第I个D触发器的输入端连接到开关控制模块10的数据 输入端Data。这样，m组控制单元中的所有D触发器(一共m X η个D触发器)实际上形成了 m X η位串并转换电路。其中，本文中，m为大于或者等于2的自然数，η为大于或等于2的自然数。图3是本发明的一个实施例中的斜波发生电路20的结构示意图。如图3所示，斜波发生电路20包括η条充电电路、第一开关Κ1、第二开关Κ2和电容C。η条充电电路中的每条充电电路包括晶体管(即图3中的PMpPMp…、或者PMlri)和开关管(即图3中的Sc^Sp…、Sn_2或者Sn_1;图3中用开关的符号示意性地表示，没有画成晶体管的形式)，并且每条充电电路一端连接到系统电源Vdd，另一端通过第一开关Kl接地，并且通过第二开关K2连接到电容C的第一端，电容C的第二端连接到系统电源Vdd。例如，在每条充电电路中，晶体管的源极连接到系统电源Vdd，晶体管的漏极连接到开关管的源极，开关管的漏极通过第一开关Kl接地并且同时通过第二开关K2连接到电容C的第一端。本斜波发生电路20中，该η条充电电路是相互并联的。电容C的一端还连接到该斜波发生电路20的数据输出端VrampO，也就是说，电容C的端电压即为该斜波发生电路20的输出。可见，如图3所示，斜波发生电路20中，η条充电电路中一共包含η个晶体管和η个开关管，该η个晶体管的漏极与η个开关管的源极一一对应连接，η个开关管的栅极与该斜波发生电路20的η个控制端一一对应连接。。本发明的实施例中，每条充电电路中，其中的晶体管的栅极或者基极与同一个二极管连接的晶体管连接，构成电流镜结构(图中未全部显示出)。电流镜结构可以使用本领域中常用的电流镜结构，在此不再详述。本发明的实施例中，该晶体管可以是PMOS管，当然，也可以是任何其它的适合类型的晶体管。本实施例中，第一开关Kl和第二开关Κ2是相互互补的开关。也就是说，当第一开关Kl接通时，第二开关Κ2断开；而当第一开关Kl断开时，第二开关Κ2接通。本实施例中，该η条充电电路中，每条充电电路中的电流的大小可以根据实际情况的需要而灵活设定。通过控制每条充电电路中的开关管(即图3中的Sc^Sp…、Sn_2或者Sn^1,图3中用 开关的符号示意性地表示，没有画成晶体管的形式)的接通或者断开，可以控制该η条充电电路对电容C进行充电的总的充电电流的大小。如图3所示，斜波发生电路20还可以包括第一晶体管Tl、第二晶体管Τ2、第三晶体管Τ3和第三开关Κ3。电容C的该第一端通过第三开关Κ3连接到第一晶体管Tl的漏极，第一晶体管Tl的源极接地，第一晶体管Tl的栅极连接到第二晶体管Τ2的栅极。第二晶体管Τ2的源极接地，第二晶体管Τ2的漏极连接到第三晶体管Τ3的漏极并且连接到第二晶体管Τ2的栅极。第三晶体管Τ3的源极连接到系统电源。本发明的实施例中，该第三开关Κ3和第二开关Κ2是相互互补的开关。也就是说，当第三开关Κ3接通时，第二开关Κ2断开；而当第三开关Κ3断开时，第二开关Κ2接通。如图4所示，本发明的实施例中，电压抬升电路30包括抬升输入端Vrampl和抬升输出端Vramp。其中，该电压抬升电路30包括第四晶体管T4、第五晶体管T5和数模转换器301。抬升输入端Vrampl连接到第四晶体管T4的栅极，第四晶体管T4的漏极接地，第四晶体管T4的源极连接到抬升输出端Vramp，并且连接到第五晶体管T5的漏极。第五晶体管T5的栅极连接到数模转换器301，第五晶体管T5的源极连接到系统电源。本发明的实施例中，斜波发生电路20拥有η条受到η个开关管控制的独立充电电路，其η个开关管受开关控制模块10的η个输出控制端S0、S1、S2、…、Sn_2和Sn-1控制。开关控制模块10根据对非线性红外辐射引起模拟电压，分m段对其拟合，在m个不同时段控制斜波发生电路20中相应的电流开关，以实现分段斜率调节，使斜波发生器的输出电流逼近拟合曲线。例如，开关控制模块10中的m组控制单元在m组互不交叠的时钟分别控制下依次导通，输出特定时刻所需的n bit输出控制信号，该输出控制信号即可控制该时刻斜波发生电路20产生的信号的斜率。例如，图5是本发明一个实施例的m组互不交叠时钟的时序图。CKO、CKl-CKn-1互不交叠，依次导通开关控制模块10中的第O组、第I组…第n-ι组控制开关，保证每次有且只有一组开关导通，即只有一组开关控制信号S〈n-1:0>输出到斜波发生电路20。图3所示的实施例中，其输出
权利要求
1.一种红外焦平面阵列探测器读出电路的斜波发生器，其特征在于，包括: 开关控制模块，所述开关控制模块包括数据输入端和η个输出控制端； 斜波发生电路，所述斜波发生电路包括η个控制端和数据输出端，所述η个控制端与所述开关控制模块的所述η个输出控制端一一对应连接； 电压抬升电路，所述电压抬升电路包括抬升输入端和抬升输出端，所述斜波发生电路的所述数据输出端连接到所述抬升输入端； 其中η为大于或等于2的自然数。
2.如权利要求1所述的斜波发生器，其特征在于: 所述开关控制模块包括m组控制单元，每组控制单元包括η个D触发器和η个控制开关; 在每组控制单元中，所述η个D触发器的输出端与所述η个控制开关一一对应连接，并通过所述η个控制开关一一对应连接到所述η个输出控制端，并且每个D触发器的输入端连接到前一个触发器的输出端，其中每组控制单元中的第I个D触发器的输入端连接到前一组控制单元中的第η个D触发器的输出端，第I组控制单元的第I个D触发器的输入端连接到所述数据输入端； 其中m为大于或者等于2的自然数。
3.如权利要求1所述的斜波发生器，其特征在于: 所述斜波发生电路包括η条充电电路、第一开关、第二开关和电容； 所述η条充电电路中的每条充电电路包括晶体管和开关管，所述晶体管的源极连接到系统电源，所述晶体管的漏极连接到所述开关管的源极，所述开关管的漏极通过所述第一开关接地并且通过所述第二开关连接到所述电容的第一端，所述电容的第二端连接到系统电源； 所述电容的第一端连接到所述斜波发生电路的所述数据输出端； 所述η条充电电路中的η个开关管的栅极与所述η个控制端一一对应连接； 所述第一开关和所述第二开关是相互互补的开关。
4.如权利要求3所述的斜波发生器，其特征在于: 所述斜波发生电路还包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第三开关，所述电容的所述第一端通过所述第三开关连接到所述第一晶体管的漏极，所述第一晶体管的源极接地，所述第一晶体管的栅极连接到所述第二晶体管的栅极； 所述第二晶体管的源极接地，所述第二晶体管的漏极连接到所述第三晶体管的漏极并且连接到所述第二晶体管的栅极； 所述第三晶体管的源极连接到系统电源； 所述第三开关和所述第二开关是相互互补的开关。
5.如权利要求1所述的斜波发生器，其特征在于: 所述电压抬升电路包括第四晶体管、第五晶体管和数模转换器； 所述抬升输入端连接到所述第四晶体管的栅极，所述第四晶体管的漏极接地，所述第四晶体管的源极连接到所述抬升输出端，并且连接到所述第五晶体管的漏极； 所述第五晶体管的栅极连接到所述数模转换器，所述第五晶体管的源极连接到系统电源。
全文摘要
本发明实施例公开了一种红外焦平面阵列探测器读出电路的斜波发生器，包括开关控制模块，其包括数据输入端和n个输出控制端；斜波发生电路，其包括n个控制端和数据输出端，该n个控制端与开关控制模块的n个输出控制端一一对应连接；电压抬升电路，其包括抬升输入端和抬升输出端，斜波发生电路的数据输出端连接到抬升输入端；其中n为大于或等于2的自然数。本发明的实施例中，可以实现分段斜率调节，使斜波发生器的输出电流逼近拟合曲线，并且避免因为低温模拟相应低造成的数字码利用率下降以及非线性。
文档编号G01J5/02GK103207018SQ201310102969
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者阙隆成, 吕坚, 杜一颖, 周云 申请人:电子科技大学