一种帧积分光电成像像元电路的制作方法

1.本实用新型涉及光电成像领域，尤其涉及一种帧积分光电成像像元电路。


背景技术：

2.目前光电成像探测器按扫描方式可分行积分探测器和帧积分探测器两大类。
3.目前国内外大多公司的光电成像探测器基本都采取行积分的方式，其优点是，结构易于实现，因为是行积分，只用一套列电路可以逐行分时完成面阵内传感器的光电流采集、积分等任务。
4.行积分探测器缺点非常明显，1)行积分探测在背景辐射快速变化的时候会有行扫描的拖影出现，会出现无法正常成像或成像模糊的情况。2)行积分由于单列共用一套电路，电路较复杂，占用面积大，无法直接放在单元像素面积内；3)由于有效元电阻值偏小，造成单列功耗偏大，行积分有效元电阻也不可用在单元像素积分结构。
5.因此有必要设计一种帧积分光电成像像元电路，以克服上述问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种帧积分光电成像像元电路，至少解决了现有技术中的部分问题。
7.本实用新型是这样实现的：
8.本实用新型提供一种帧积分光电成像像元电路，包括偏置电路、时序控制开关电路、积分电容c，所述偏置电路包括有效元偏置电路和参考元偏置电路，所述有效元偏置电路的偏置mos管的漏极与所述参考元偏置电路的偏置mos管的漏极均通过时序控制开关电路与积分电容c相连。
9.作为优选，所述有效元偏置电路包括用来接收各波段光辐射的有效元电阻ra、ra的偏置mos管pmos，所述偏置mos管pmos的源极通过有效元电阻ra与偏置电压vdetp相连，所述偏置mos管pmos的栅极与偏置电压vgsk相连，所述偏置mos管pmos的漏极通过时序控制开关电路与积分电容c相连。
10.作为优选，所述参考元偏置电路包括参考元电阻rob、rob的偏置mos管nmos，所述偏置mos管nmos的源极通过参考元电阻rob与偏置电压vdetn相连，所述偏置mos管nmos的栅极与偏置电压vgfid相连，所述偏置mos管nmos的漏极通过时序控制开关电路与积分电容c相连。
11.作为优选，所述时序控制开关电路包括时序控制开关s1、时序控制开关s2，所述偏置mos管pmos的漏极和所述偏置mos管nmos的漏极依次串联时序控制开关s1、时序控制开关s2后与缓冲器buffer相连，所述积分电容c与所述时序控制开关s2的输入端相连。
12.作为优选，所述时序控制开关电路还包括时序控制开关s1b，所述时序控制开关s1b的一端与时序控制开关s1的输入端相连，所述时序控制开关s1b的另一端与积分电容消隐期复位电压vref相连。
13.作为优选，所述时序控制开关电路还包括时序控制开关s3，所述时序控制开关s3的一端与时序控制开关s1的输出端相连，所述时序控制开关s3的另一端与积分电容消隐期复位电压vref相连。
14.作为优选，参考元电阻rob和有效元电阻ra结构相同，阻值大小一致。
15.作为优选，参考元电阻rob位于有效元电阻ra物理结构的下方。
16.作为优选，所述偏置电压vdetn接一个负电压。
17.本实用新型具有以下有益效果：
18.本电路工作原理为ra接收外界各波段光辐射阻值发生变化，产生的变化电流通过与不接收光辐射的rob的对减提取，提取的变化电流即为积分信号电流，积分电流通过积分放大保持，然后逐行逐列逐像素通过buffer读出，由于本电路积分电容为几百ff级别，面积小，可放在单元像素内，ra和rob为几百m ohm级别，功耗较小，可全帧所有像素同时积分工作，本实用新型提供的帧积分光电成像像元电路不存在行积分探测器的诸多缺点。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
20.图1为本实用新型实施例提供的高速高动态帧积分光电成像像元电路一；
21.图2为本实用新型实施例提供的像元电路开关时序图；
22.图3为本实用新型实施例提供的高速高动态帧积分光电成像像元电路二。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.如图1-图3，本实用新型实施例提供一种帧积分光电成像像元电路，包括参考元电阻rob、用来接收各波段光辐射的有效元电阻ra、ra的偏置mos管pmos、rob的偏置mos管nmos、时序控制开关电路、积分电容c，所述偏置mos管pmos的漏极和所述偏置mos管nmos的漏极相连，所述偏置mos管pmos的源极通过有效元电阻ra与偏置电压vdetp相连，所述偏置mos管pmos的栅极与偏置电压vgsk相连，所述偏置mos管nmos的源极通过参考元电阻rob与偏置电压vdetn相连，所述偏置mos管nmos的栅极与偏置电压vgfid相连，所述偏置mos管pmos的漏极和所述偏置mos管nmos的漏极均通过时序控制开关电路与积分电容c相连。
25.在本实施例中，所述时序控制开关电路包括时序控制开关s1、时序控制开关s2、时序控制开关s3、时序控制开关s1b，所述偏置mos管pmos的漏极和所述偏置mos管nmos的漏极依次串联时序控制开关s1、时序控制开关s2后与缓冲器buffer相连，所述时序控制开关s1b的一端与时序控制开关s1的输入端相连，所述时序控制开关s1b的另一端与积分电容消隐期复位电压vref相连，所述时序控制开关s3的一端与时序控制开关s1的输出端相连，所述
时序控制开关s3的另一端与积分电容消隐期复位电压vref相连，所述积分电容c与所述时序控制开关s2的输入端相连。
26.在本实施例中，参考元电阻rob和有效元电阻ra结构相同，阻值大小一致。参考元电阻rob位于有效元电阻ra物理结构的下方，可隔离外界光辐射。
27.针对传统行积分结构的缺点，本实用新型提供了一种高速高动态帧积分光电成像像元电路，如图1所示，ra为有效元电阻，用来接收各波段光辐射；rob为参考元电阻，置于ra物理结构下方，可隔离外界光辐射，rob和ra结构相同，阻值大小一致；pmos为ra的偏置mos管；nmos为rob的偏置mos管；c为积分电容；s1、s2、s3和s1b为时序控制开关；缓冲器buffer为像元外行独处buffer；vdetp和vgsk为ra偏置电压；vdetn和vgfid为rob偏置电压；vref为积分电容消隐期复位电压。
28.本电路工作原理为ra接收外界各波段光辐射阻值发生变化，产生的变化电流通过与不接收光辐射的rob的对减提取，提取的变化电流即为积分信号电流，积分电流通过积分放大保持，然后逐行逐列逐像素通过buffer读出，由于本电路积分电容为几百ff级别，面积小，可放在单元像素内，ra和rob为几百mohm级别，功耗较小，可全帧所有像素同时积分工作。
29.开关s1、s2、s3和s1b为时序控制如图2所示。
30.作为进一步优化的实施例，所述偏置电压vdetn接一个负电压。
31.针对高速高动态的应用场景，多采用帧积分光电成像处理电路，这需要将单元处理电路放在一个像素单元里，目前一个像素大小一般为17um*17um到25um*25um不等。对于帧积分光电成像系统来说，为了使电路ktc噪声及图像动态模糊度达到指标要求，一般要求积分电容大于400ff，积分时间小于1ms，同时为了减小像元自热效应和整体功耗，单个有效元的电阻值一般大于100mohm，为了提高探测器响应率，就必须加大有效元的电压偏置，这就造成电路的输出动态范围很难维持在标准0～3.3v以内。本实用新型设计一种帧积分光电成像处理电路的动态范围设置电路，以克服上述问题，具体是在上述电路的偏置电压vdetn处接一个负电压，解决了提高响应率和设置动态范围的问题。
32.vdetn接一个负电压，使ra上的压差基本等于rob上的压差，从而使积分出来的电压维持在标准0～3.3v，同时保证ra和rob有较大的偏置电压，上述方式提高了探测器响应率，且电路的输出动态范围能维持在标准0～3.3v以内。
33.如图3所示，ra为有效元电阻，用来接收各波段光辐射；rob为参考元电阻，置于ra物理结构下方，可隔离外界光辐射，rob和ra结构相同，阻值大小一致；pmos为ra的偏置mos管；nmos为rob的偏置mos管；c为积分电容；s1、s2、s3和s4为时序控制开关；buffer为像元外行独处buffer；vdetp和vgsk为ra偏置电压；vdetn和vgfid为rob偏置电压；vref为积分电容消隐期复位电压。
34.为了使积分出来的电压为维持在标准0～3.3v，同时保证ra和rob有较大的偏置电压，现使vdetn接一个负电压，使ra上的压差基本等于rob上的压差，同时解决了提高响应率和设置动态范围的问题。
35.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。