专利名称：一种红外焦平面阵列探测器的读出电路的积分前置电路的制作方法
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的读出电路的积分前置电路。
背景技术：
所有物体均发射与其温度和物质特性相关的热辐射，环境温度附近物体的热辐射大多位于红外波段，波长为Iym (微米)到24μπι左右。红外辐射提供了客观世界的丰富信息，将不可见的红外辐射转换成可测量的信号，充分利用这些信息是人们追求的目标。而红外焦平面阵列则是获取景物红外光辐射信息的重要光电器件。微测辐射热计探测器是应用最广泛的一种红外焦平面阵列，它是一种热敏电阻性探测器。微测辐射热计焦平面阵列是利用微机械加工技术在硅读出电路上制作绝热结构，并在其上面形成作为探测器单元的微测辐射热计，实现单片结构。微测辐射热计焦平面阵列作为第二代非制冷焦平面技术的佼佼者，以它为核心制作的非制冷红外成像系统与制冷红外成像系统相比具有体积小、功耗低的优点，并使系统的性能价格比大幅度提高，极大地促进了红外成像系统在许多领域中的应用。读出电路是一种专用的数模混合信号集成处理电路，在读出集成电路(ROIC)出现以前，前置放大器的混合电路是由分立的电阻、电容和晶体管组成。诸如光伏型的、非本征硅的、钼硅的和许多光电导型的高阻抗探测器对电磁干扰(EMI)非常敏感，要求放在非常接近前置放大器的地方减少EMI的影响。使用分立元件要求大量的面积，并且在一个给定的光学视场中对实现的通道数目提出了苛刻的限制。读出集成电路帮助减少了 EMI问题。读出集成电路(ROIC)方法 还提供探测器热学/机械接口、信号处理和包括像电荷转换和增益、频带限制以及多路转换和输出驱动的功能。随着集成电路工艺和技术的发展，尤其是MOS集成制造技术和工艺的成熟，使ROIC得到了迅猛的发展。读出电路的功能是提取探测器热敏材料的电阻变化，转换成电信号并进行前置处理(如积分、放大、滤波和采样/保持等)及信号的并/串行转换。目前主要有CCD型读出电路和CMOS型读出电路。随着CMOS工艺的不断成熟、完善和发展，CMOS读出电路因其众多的优点而成为当今读出电路的主要发展方向。读出电路中对运算放大器的分析通常是假设电路是完全对称的，即两边呈现出相同的特性和相同的偏置电流。然而，由于制造工艺中每一道工序的不确定性，标称相同的器件都存在有限的不匹配性(即失配)。运算放大器两输入MOS管的不完全匹配导致了失调电压的产生，失调电压造成输出偏移，对输出结果产生了很大地影响。因此，研究失调可控的读出电路积分前置电路变得尤为重要。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种失调可控的红外焦平面阵列探测器的读出电路积分前置电路。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的读出电路的积分前置电路，其特征在于:包括第一运算放大器、第二运算放大器、电桥支路和输出偏置支路，其中:所述第一运算放大器的输出端通过第一电阻连接到所述第二运算放大器的反相输入端，并且所述第一运算放大器的输出端还连接到所述第一运算放大器的反向输入端；所述第二运算放大器的反相输入端通过电容连接到所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的同相输入端连接到参考电压；所述电桥支路连接到所述第一运算放大器的同相输入端；所述输出偏置支路包括数模转换器、第一晶体管、第二晶体管和可调电阻，其中:所述数模转换器的输出端连接到所述第一晶体管的栅极，所述第一晶体管的漏极连接到所述第二晶体管的源极，所述第一晶体管的源极连接到系统电源；所述第二晶体管的漏极通过所述可调电阻接地，所述第二晶体管的栅极连接到偏置电压；所述第一晶体管的漏极和所述第二晶体管的源极通过第二电阻连接到所述第一运算放大器的同相输入端。进一步地，所述电桥支路包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管，其中:所述第三晶体管的栅极连接到所述第四晶体管的栅极；所述第五晶体管的栅极连接到所述第六晶体管的栅极；所述第三晶体管的漏极连接到所述第五晶体管的漏极；所述第四晶体管的漏极连接到所述第六晶体管的漏极；所述第三晶体管的漏极和所述第五晶体管的漏极连接到所述第一运算放大器的同相输入端；所述第六晶体管的栅极还连接到所述第六晶体管的漏极。进一步地，所述第三晶体管的源极通过第三电阻连接到系统电源；所述第四晶体管的源极通过第四电阻连接到系统电源；所述第五晶体管的源极通过探测器接地；所述第六晶体管的源极通过参比电阻接地。本发明的实施例的积分前置电路中，通过调节数模转换电路和可调电阻，可以将输入到第一运算放大器的同相输入端的电压调节到期望值，从而消除积分前置电路整体的失调，使积分前置电路输出理想值。
图1是本发明一个实施例的红外焦平面阵列探测器的读出电路积分前置电路的结构示意图。
具体实施例方式下面将参考附图详细说明本发明的实施例。图1是本发明的一个实施例的红外焦平面阵列探测器的读出电路的积分前置电路的结构不意图。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的读出电路的积分前置电路包括第一运算放大器Al、第二运算放大器A2、电桥支路20和输出偏置支路10。 第一运算放大器Al的输出端通过第一电阻Rl连接到第二运算放大器A2的反相输入端，并且第一运算放大器Al的该输出端还连接到第一运算放大器Al的反向输入端。
第二运算放大器A2的反相输入端通过电容连接到第二运算放大器A2的输出端。第二运算放大器A2的同相输入端连接到参考电压Vref。第二运算放大器A2的输出端Vout即为该积分前置电路的输出端。电桥支路20连接到第一运算放大器Al的同相输入端。本发明的实施例中，输出偏置支路10也连接到第一运算放大器Al的同相输入端。如图1所示，输出偏置支路10包括数模转换器DAC、第一晶体管PM1、第二晶体管PM2和可调电阻Rdac。在该输出偏置支路10中，数模转换器DAC的输出端连接到第一晶体管PMl的栅极，第一晶体管PMl的漏极连接到第二晶体管PM2的源极(例如，图2中的点A处)，第一晶体管PMl的源极连接到系统电源VDD。第二晶体管PM2的漏极通过可调电阻Rdac接地，第二晶体管PM2的栅极连接到偏
置电压Vbias。
本发明的实施例中，该偏置电压Vbias的电压值可以是固定的。此外，如图1所示，第一晶体管PMl的漏极和第二晶体管PMl的源极相互连接之后还通过第二电阻R2连接到第一运算放大器Al的同相输入端。另外，如图1所示，电桥支路20包括第三晶体管PM3、第四晶体管PM4、第五晶体管匪3和第六晶体管NM4，而且，第三晶体管PM3的栅极连接到第四晶体管PM4的栅极，第五晶体管匪3的栅极连接到第六晶体管NM4的栅极，第三晶体管PM3的漏极连接到第五晶体管匪3的漏极，第四晶体管PM4的漏极连接到第六晶体管NM4的漏极，并且第六晶体管NM4的栅极还连接到该第六晶体管NM4的漏极。这样，第三晶体管PM3、第四晶体管PM4、第五晶体管匪3和第六晶体管NM4构成电桥电路。本发明的实施例中，相互连接的第三晶体管PM3的漏极和第五晶体管匪3的漏极还连接到第一运算放大器Al的同相输入端，从而将该电桥支路20连接到第一运算放大器Al的同相输入端。此外，本发明的实施例中，在该电桥支路20中，第三晶体管PM3的源极通过第三电阻R3连接到系统电源VDD，第四晶体管PM4的源极通过第四电阻R4连接到系统电源VDD，第五晶体管匪3的源极通过探测器Rs (图1中简化地用电阻的符号等效地表示)接地，第六晶体管NM4的源极通过参比电阻Rb接地。本发明实施例中的积分前置电路的工作原理如下:
本发明的实施例中，通过调节数模转换电路DAC，可以改变第一晶体管PMl的栅极电压VDAC，而第一晶体管PMl的源极接系统电源VDD，第一晶体管PMl的漏极与第二晶体管PM2的源极相连接构成一条通路，可以得到这条通路的电流Idac:
权利要求
1.一种红外焦平面阵列探测器的读出电路的积分前置电路，其特征在于:包括第一运算放大器、第二运算放大器、电桥支路和输出偏置支路，其中: 所述第一运算放大器的输出端通过第一电阻连接到所述第二运算放大器的反相输入端，并且所述第一运算放大器的输出端还连接到所述第一运算放大器的反向输入端； 所述第二运算放大器的反相输入端通过电容连接到所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的同相输入端连接到参考电压； 所述电桥支路连接到所述第一运算放大器的同相输入端； 所述输出偏置支路包括数模转换器、第一晶体管、第二晶体管和可调电阻，其中:所述数模转换器的输出端连接到所述第一晶体管的栅极，所述第一晶体管的漏极连接到所述第二晶体管的源极，所述第一晶体管的源极连接到系统电源； 所述第二晶体管的漏极通过所述可调电阻接地，所述第二晶体管的栅极连接到偏置电压； 所述第一晶体管的漏极和所述第二晶体管的源极通过第二电阻连接到所述第一运算放大器的同相输入端。
2.如权利要求1所述的积分前置电路，其特征在于:所述电桥支路包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管，其中: 所述第三晶体管的栅极连接到所述第四晶体管的栅极； 所述第五晶体管的栅极连接到所述第六晶体管的栅极； 所述第三晶体管的漏极连接到所述`第五晶体管的漏极； 所述第四晶体管的漏极连接到所述第六晶体管的漏极； 所述第三晶体管的漏极和所述第五晶体管的漏极连接到所述第一运算放大器的同相输入端； 所述第六晶体管的栅极还连接到所述第六晶体管的漏极。
3.如权利要求2所述的积分前置电路，其特征在于: 所述第三晶体管的源极通过第三电阻连接到系统电源； 所述第四晶体管的源极通过第四电阻连接到系统电源； 所述第五晶体管的源极通过传感器接地； 所述第六晶体管的源极通过参比电阻接地。
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的读出电路的积分前置电路，包括第一运算放大器、第二运算放大器、电桥支路和输出偏置支路，输出偏置支路包括数模转换器、第一晶体管、第二晶体管和可调电阻，数模转换器的输出端连接到第一晶体管的栅极，第一晶体管的漏极连接到第二晶体管的源极，第一晶体管的源极连接到系统电源；第二晶体管的漏极通过可调电阻接地，第二晶体管的栅极连接到偏置电压，第一晶体管的漏极还通过第二电阻连接到第一运算放大器的同相输入端。本发明的实施例中，通过调节数模转换电路和可调电阻，可以将输入到第一运算放大器的同相输入端的电压调节到期望值，从而消除积分前置电路整体的失调，使积分前置电路输出理想值。
文档编号G01J5/24GK103234642SQ20131012765
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月15日 优先权日2013年4月15日
发明者吕坚, 阙隆成, 吴张玉, 钱息, 杜一颖, 周云 申请人:电子科技大学