一种用于红外面阵型探测器的读出电路的制作方法
【专利摘要】本发明是一种与标准CMOS工艺兼容的红外面阵型探测器读出电路，其特征是：红外面阵型探测器读出电路包括高性能电容反馈跨阻放大器，并带有相关双采样功能，可以通过调整信号来转换工作模式，实现在不同工作环境下对电路性能的最优化应用；其优越性在于：该红外面阵型探测器读出电路具有光生电流的注入效率高，能够提供稳定的偏置电压以及输出信号的线性度好等优点，而且明显降低红外面阵型探测器读出电路输出功耗，能够有效的消除直流失调和抑制低频噪声成分。
【专利说明】-种用于红外面阵型探测器的读出电路
【技术领域】
[0001] 本发明属于微电子【技术领域】，涉及半导体集成电路与标准CMOS工艺兼容的高性 能红外面阵型探测器读出电路。
【背景技术】
[0002] 近年来，红外探测系统被广泛地应用于工业控制、医疗诊断、环境监测、资源探测、 军事侦察和航空航天等领域，集成化、微型化红外探测系统正成为发展趋势。由于红外探测 器输出信号十分微弱，读出电路的性能优劣直接影响系统的灵敏度和动态范围，因此，宽探 测范围下微弱信号的高精度读出是红外探测系统读出电路设计的关键。
[0003] 目前，比较常用的读出电路结构分别为直接注入型（DI)、电流镜积分型（CMI)以 及电容反馈跨阻放大器（CTIA)等。然而，在微弱信号的探测领域内，DI电路的积分线性 度显著降低且注入效率低；CMI电路工作于亚阈值区，会导致模拟信号丢失等。而CTIA电 路可以提供很低的探测器输入阻抗和恒定的探测器偏置电压，在从很低到很高的背景范围 内，都具有非常低的噪声，其输出信号的线性度和均匀性也很好，且注入效率很高，适合微 弱信号的读出。虽说CTIA电路的功耗和芯片面积较一般的电路大，复位开关也会带来KTC 噪声，但是考虑到其相对较宽的探测范围、很高的注入效率以及良好的积分线性度，在各种 场合仍然得到了广泛应用。设计中采用CTIA结构，并在该结构后引入相关双采样（CDS)电 路，有效地消除了其引入的噪声，提高了电路性能。该电路结构可应用于长线列和面阵红外 探测器系统。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有实用简单结构CTIA红外读出电路性能的不足，本发明提供一种与 标准CMOS工艺兼容的红外面阵型探测器读出电路，该读出电路性能高，电路结构简单，制 造成本低，版图面积小。
[0005] 为了实现上述目的，本发明所涉及的用于红外面阵型探测器的读出电路，包括一 个增益可调差分放大器，一个可调电容模块，一个采样电路模块，四个开关，其中输入信号 lint连接开关EN-端，EN另一端共同连接至放大器的差分输入端负极、电容模块输入端及 开关RST-端，开关RST的另一端连接到采样电路模块的输入端，电容模块的输出同时连接 开关的INT与开关RS的一端，开关INT的另一端也连接到采样电路模块的输入端，开关RS 的另一端连接到放大器的差分输入端正极及输入信号VBUS，输入信号ADJ连接到放大器的 内部，采样电路模块的输出连接到输出信号V0UT。
[0006] 上述所说的增益可调的差分放大器，其结构包括两个PM0S管与五个NM0S管，其中 两个PM0S管Ml和M2的源极分别连接到VCC，其栅极互相连接，Ml的漏极连接到NM0S管 M3的漏极，M3的栅极连接输入信号VBUS，源极连接到NM0S管M5的漏极和栅极，M5的源极 连接到GND，M2的漏极连接到NM0S管M4的漏极，并连接到输出端V0UT1，M4的栅极连接输 入信号VIN_amp，源极连接到NM0S管M6的漏极，M6的栅极连接到M5的漏极和栅极以及M3 的源极，M6的源极连接到NMOS管M7的漏极，M7的栅极连接输入信号ADJ，M7的源极连接 到 GND。
[0007] 上述所说的可调电容模块作为放大器反馈电路，其结构包括四个积分电容，八个 电容选择开关，其中四个开关S1_N，S2_N，S3_N，S4_N的一端共同连接到输入信号lint，其 另一端分别对应连接到电容Cl，C2, C3, C4的输入端，电容Cl，C2, C3, C4的输出端分别对 应连接到开关Sl，S2, S3, S4开关的一端，开关Sl，S2, S3, S4的另一端共同连接到输出端 V0UT2。
[0008] 上述所说的采样电路模块，其结构包括一个采样电容，一个采样开关，其中开关SH 的一端连接输入信号VIN_sh，另一端同时连接电容C的输入端及输出信号V0UT3,电容C的 另一端接GND。
[0009] 上述所说的用于红外面阵型探测器的读出电路，其特征是具有四个开关，其结构 包括一个积分使能开关EN，一个积分复位开关RST，一个积分开关INT，一个基准电压开关 RS。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是本发明所涉一种用于红外面阵型探测器的读出电路结构框图；
[0011] 图2是本发明所涉一种用于红外面阵型探测器读出电路的增益可调差分放大器 电路图；
[0012] 图3是本发明所涉一种用于红外面阵型探测器读出电路的可调电容模块电路图；
[0013] 图4是本发明所涉一种用于红外面阵型探测器读出电路的采样电路模块电路图；
[0014] 图5是本发明所涉一种用于红外面阵型探测器读出电路的信号时序图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本发明做进一步说明
[0016] 一种用于红外面阵型探测器的读出电路（见图1)，包括一个增益可调差分放大 器，一个可调电容模块，一个米样电路模块，四个开关，其中输入信号lint连接开关EN - 端，EN另一端共同连接至放大器的差分输入端负极、电容模块输入端及开关RST -端，开关 RST的另一端连接到采样电路模块的输入端，电容模块的输出同时连接开关的INT与开关 RS的一端，开关INT的另一端也连接到采样电路模块的输入端，开关RS的另一端连接到放 大器的差分输入端正极及输入信号VBUS，输入信号ADJ连接到放大器的内部，米样电路模 块的输出连接到输出信号V0UT。本发明所涉及的用于红外面阵型探测器的读出电路，其具 体信号说明如表1所示。
[0017] 表1信号说明
[0018]
【权利要求】
1. 一种用于红外面阵型探测器的读出电路，包括一个增益可调差分放大器，一个可调 电容模块，一个采样电路模块，四个开关，其中输入信号lint连接开关EN-端，EN另一端 共同连接至放大器的差分输入端负极、电容模块输入端及开关RST -端，开关RST的另一端 连接到米样电路模块的输入端，电容模块的输出同时连接开关的INT与开关RS的一端，开 关INT的另一端也连接到采样电路模块的输入端，开关RS的另一端连接到放大器的差分输 入端正极及输入信号VBUS，输入信号ADJ连接到放大器的内部，采样电路模块的输出连接 到输出信号VOUT。
2. 根据权利要求1所述的用于红外面阵型探测器的读出电路，其特征是具有一个增益 可调的差分放大器，其结构包括两个PMOS管与五个NMOS管，其中两个PMOS管Ml和M2的 源极分别连接到VCC，其栅极互相连接，Ml的漏极连接到NMOS管M3的漏极，M3的栅极连接 输入信号VBUS，源极连接到NMOS管M5的漏极和栅极，M5的源极连接到GND，M2的漏极连接 到NMOS管M4的漏极，并连接到输出端V0UT1，M4的栅极连接输入信号VIN_amp，源极连接 到NMOS管M6的漏极，M6的栅极连接到M5的漏极和栅极以及M3的源极，M6的源极连接到 NMOS管M7的漏极，M7的栅极连接输入信号ADJ，M7的源极连接到GND。
3. 根据权利要求1所述的用于红外面阵型探测器的读出电路，其特征是具有一个可调 电容模块作为放大器反馈电路，其结构包括四个积分电容，八个电容选择开关，其中四个开 关S1_N，S2_N，S3_N，S4_N的一端共同连接到输入信号lint，其另一端分别对应连接到电容 Cl，C2, C3, C4的输入端，电容Cl，C2, C3, C4的输出端分别对应连接到开关Sl，S2, S3, S4的 一端，开关Sl，S2, S3, S4的另一端共同连接到输出端V0UT2。
4. 根据权利要求1所述的用于红外面阵型探测器的读出电路，其特征是具有一个采 样电路模块，其结构包括一个采样电容，一个采样开关，其中开关SH的一端连接输入信号 VIN_sh，另一端同时连接电容C的输入端及输出信号V0UT3,电容C的另一端接GND。
5. 根据权利要求1所述的用于红外面阵型探测器的读出电路，其特征是具有四个开 关，其结构包括一个积分使能开关EN，一个积分复位开关RST，一个积分开关INT，一个基准 电压开关RS。
【文档编号】G01J5/10GK104266764SQ201410520125
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】陈力颖, 杨亚楠, 王健, 杨晓龙, 秦战明, 戴山彪 申请人:天津工业大学