一种非制冷红外焦平面阵列探测器的读出电路的制作方法
【专利说明】
[0001] 一种非制冷红外焦平面阵列探测器的读出电路
技术领域
[0002] 本发明涉及红外焦平面阵列探测器技术领域，尤其是涉及一种非制冷红外焦平面 阵列探测器的读出电路。
[0003]
【背景技术】
[0004] 夜视技术，分为两个方向：微光成像技术和红外热成像技术。夜视技术在现代战 争中具有重要地位，装备夜视器材的武器装备遍及海陆空作战平台，应用于大中小型武器 系统，因此掌握先进的夜视技术对于控制战场形势具有至关重要的意义。与微光成像技术 相比，红外热成像技术制作工艺复杂，生产维护成本高，但在作用距离、图像质量、昼夜共 用问题、可应用领域等方面具有显著优势。
[0005] 红外热成像技术的核心技术是探测器技术。按照工作温度分类，红外探测器分为 制冷型和非制冷型。非制冷红外热成像技术具有价格低、体积小、功耗低、性能可靠、操作方 便等优点，成为必然的主流技术。
[0006] 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。读出电路（R0IC)是非致冷红外焦平面阵列（IRFPA)的关键部件之一，它的主要功能是 对红外探测器感应的微弱信号进行预处理(如积分、放大、滤波、采样/保持等）和阵列信号 的并/串行转换。视探测器所用材料和工作方式的不同，读出电路结构随之变化，以在满足 帧频的要求下获得最大的信噪比（SNR)。
[0007] 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 红外焦平面阵列探测器。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来探测红外辐射信号的大小。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FPA下的硅读出电路（R0IC)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。热敏材料吸收的热量主要由三个来源：衬底温度变化引起的热敏材料温 度变化、吸收红外辐射量导致的热敏材料温度变化以及微测辐射热计偏置电路产生的偏置 热引起的热敏材料温度变化。
[0008] 经过多年的发展和技术的进步，非制冷红外焦平面阵列探测器已在噪声上满足使 用需要，然而人们在非制冷红外探测器性能、图像质量、稳定性、功耗、体积和成本上都有了 更高的要求。
[0009]
【发明内容】
[0010] 本发明的目的之一是提供一种能够使微测辐射热计的偏置电路的偏置热更稳定 从而消除或者减小偏置热的变化带来的不利影响的非制冷红外焦平面阵列探测器的读出 电路。
[0011] 本发明公开的技术方案包括： 提供了一种非制冷红外焦平面阵列探测器的读出电路，其特征在于，包括：偏置热稳定 电路10,所述偏置热稳定电路10包括通道级的参考微测辐射热计Rb并为所述参考微测辐 射热计Rb提供恒定的偏置电流；检测电路20,所述检测电路20连接到像素级的探测微测辐 射热计&和所述偏置热稳定电路10,并根据所述参考微测辐射热计Rb和所述探测微测辐 射热计Rs产生探测输出信号；积分电路30,所述积分电路30连接到所述检测电路20并对 所述检测电路20的探测输出信号进行积分，获得输出信号。
[0012] 本发明的一个实施例中，所述偏置热稳定电路10还包括芯片级的第一晶体管 MP1、芯片级的第二晶体管MP2、通道级的第三晶体管MP3和通道级的第四晶体管MP4,其中： 所述第一晶体管MP1的源极连接到系统电源VDD，所述第一晶体管MP1的漏极通过第一恒流 源101接地，所述第一晶体管MP1的栅极连接到所述第一晶体管MP1的漏极；所述第二晶体 管MP2的源极连接到系统电源VDD，所述第二晶体管MP2的漏极通过第二恒流源102接地，所 述第二晶体管MP2的栅极连接到所述第二晶体管MP2的漏极并且连接到所述参考微测辐射 热计Rb的一端；所述参考微测辐射热计R b的另一端连接到所述第三晶体管MP3的源极；所 述第三晶体管MP3的漏极连接到所述第四晶体管MP4的源极并且连接到所述检测电路20， 所述第三晶体管MP3的栅极连接到所述第四晶体管MP4的栅极；所述第四晶体管MP4的漏 极接地。
[0013] 本发明的一个实施例中，所述检测电路20包括第五晶体管MP5,其中：所述第五晶 体管MP5的源极连接到所述第三晶体管MP3的漏极并且连接到所述积分电路30,所述第五 晶体管MP5的漏极连接到所述探测微测辐射热计Rs的一端，所述第五晶体管MP5的栅极连 接到偏置电压Vfld;所述探测微测辐射热计R 3的另一端接地。
[0014] 本发明的一个实施例中，所述第五晶体管MP5的源极通过开关S1连接到所述第三 晶体管MP3的漏极和所述积分电路30。
[0015] 本发明的实施例的读出电路利用为参考微测辐射热计提供稳定的电流通路，实现 了偏置热的稳定，大大提尚整体电路的均勾性及可靠性，同时大大提尚了电路的抗尚压性 及对环境的适应性。
[0016]
【附图说明】
[0017] 图1是本发明一个实施例的非制冷红外焦平面阵列探测器的读出电路的结构示 意图。
[0018] 图2是传统的读出电路输出电压随目标温度在不同衬底温度下的仿真图。
[0019] 图3是本发明实施例的读出电路输出电压随目标温度在不同衬底温度下的仿真 图。
[0020]
【具体实施方式】
[0021] 下面将结合附图详细说明本发明的实施例的非制冷红外焦平面阵列探测器的读 出电路的具体结构。
[0022] 图1为本发明一个实施例的非制冷红外焦平面阵列探测器的读出电路的结构示 意图。
[0023] 如图1所示，本发明一些实施例中，一种非制冷红外焦平面阵列探测器的读出电 路包括偏置热稳定电路10、检测电路20和积分电路30。
[0024] 偏置热稳定电路10包括通道级的参考微测辐射热计Rb并为所述参考微测辐射热 计Rb提供恒定的偏置电流。检测电路20连接到像素级的探测微测辐射热计Rs和该偏置热 稳定电路10,并根据该参考微测辐射热计Rb和该探测微测辐射热计R s产生探测输出信号。 积分电路30连接到检测电路20并接收检测电路20的探测输出信号，并对检测电路20的 探测输出信号进行积分，从而获得输出信号。
[0025] 本发明的实施例中，偏置热稳定电路10为参考微测辐射热计Rb提供恒定的偏置 电流，从而保证了偏置电路中盲象元的偏置热恒定，大大提高了整体电路的均匀性及可靠 性，同时也大大提高了电路的抗高压性及对环境的适应性。
[0026] 如图1所示，本发明的一些实施例中，偏置热稳定电路10还包括芯片级的第一晶 体管MP1、芯片级的第二晶体管MP2、通道级的第三晶体管MP3和通道级的第四晶体管MP4。
[0027] 第一晶体管MP1的源极连接到系统电源VDD;第一晶体管MP1的漏极通过第一恒流 源101接地；第一晶体管MP1的栅极连接到第一晶体管MP1的漏极。
[0028] 第二晶体管MP2的源极连接到系统电源VDD;第二晶体管MP2的漏极通过第二恒流 源102接地；第二晶体管MP2的栅极连接到第二晶体管MP2的漏极并且连接到参考微测辐 射热计Rb的一端；参考微测辐射热计R b的另一端连接到第三晶体管MP3的源极。