【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】读出电路及方法相关申请的交叉引用本申请要求2018年4月17日申请的美国临时申请第62/659,048号、2018年11月7日申请的美国临时申请第62/757,078号及2019年3月15日申请的美国临时申请第62/819,376号的权利，所述美国临时申请的全部公开内容出于全部目的以引用的方式并入本文中。
本公开大体上涉及MEMS传感器。更具体地说，本公开涉及传感器读出电路、校准电路及对应于所述电路的方法。
技术介绍
MEMS传感器阵列可将传感器图像转换成多个个别像素信号。举例来说，在辐射热计中，辐射热计像素阵列暴露于热图像(例如，长波长红外范围(下文中“LWIR”)中的波谱)。响应于暴露，阻抗在各辐射热计像素中的两个端子之间变化且接着将所述变化捕获为表示热图像的信号。
技术实现思路
MEMS传感器必须应对干扰。在辐射热计实例中，干扰可为压倒性的。辐射热计干扰可表现为阵列中的全部像素共有的大环境干扰，其由环境条件的变化且由电阻元件(例如，电路中的电阻器、辐射热计像素本身)的自加热引起。与给定像素上的最小可检测热图像信号(例如，约0.5mK)相比，这些共模变化通常是大的(例如，高达+/-50K)。换句话说，辐射热计噪声比预期信号大多个数量级。传感器噪声可影响传感器图像的清晰度。辐射热计阵列中的噪声可包含时间及空间图案化噪声两者。噪声的实例包含1/f噪声、热噪声、及程序相依变动。当通过根据列及行布置的电路读出阵列中的信号时，读出的变动可导致可见行间及列间条带。在传统配置...
【技术保护点】
1.一种传感器读出电路，其包括：/n读出元件，其包括输入；/n第一电流源；/n第二电流源；/n电压驱动器，其包括输出；/n参考传感器，其包括第一端子及第二端子，所述第一端子电耦合到所述第一电流源且所述第二端子电耦合到所述电压驱动器的所述输出；以及/n有源传感器，其包括第一端子及第二端子，所述第一端子电耦合到所述第二电流源及所述读出元件的所述输入且所述第二端子电耦合到所述电压驱动器的所述输出，其中/n所述有源传感器被配置成暴露于传感器图像。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180417 US 62/659,048;20181107 US 62/757,078;20191.一种传感器读出电路，其包括：
读出元件，其包括输入；
第一电流源；
第二电流源；
电压驱动器，其包括输出；
参考传感器，其包括第一端子及第二端子，所述第一端子电耦合到所述第一电流源且所述第二端子电耦合到所述电压驱动器的所述输出；以及
有源传感器，其包括第一端子及第二端子，所述第一端子电耦合到所述第二电流源及所述读出元件的所述输入且所述第二端子电耦合到所述电压驱动器的所述输出，其中
所述有源传感器被配置成暴露于传感器图像。
2.根据权利要求1所述的电路，其中第一电流及第二电流是恒定的。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述电压驱动器产生所述有源传感器的偏置电压。
4.根据权利要求1所述的电路，其中所述有源传感器进一步被配置成在所述有源传感器暴露于所述传感器图像时改变从所述有源传感器的所述第一端子到所述读出元件的所述输入的电流。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述有源传感器进一步被配置成在所述有源传感器暴露于所述传感器图像时改变所述有源传感器的阻抗。
6.根据权利要求1所述的电路，其中所述参考传感器是参考辐射热计像素且所述有源传感器是有源辐射热计像素。
7.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括：
第二参考传感器，其包括第一端子及第二端子，所述第一端子电耦合到所述第一电流源且所述第二端子电耦合到所述电压驱动器；
第二有源传感器，其包括第一端子及第二端子，所述第一端子电耦合到输出所述第二电流的所述第二电流源且所述第二端子电耦合到所述电压驱动器的所述输出，且其中所述第二有源传感器被配置成改变从所述第一端子到所述读出元件的所述输入的所述电流；以及
第一开关，其被配置成选择性地将所述参考传感器电耦合到所述第一电流源；
第二开关，其被配置成选择性地将所述有源传感器电耦合到所述第二电流源；
第三开关，其被配置成选择性地将所述第二参考传感器电耦合到所述第一电流源；以及
第四开关，其被配置成选择性地将所述第二有源传感器电耦合到所述第二电流源。
8.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括被配置成移除偏移的相关双采样(CDS)电路。
9.根据权利要求1所述的电路，其中所述读出元件的电压与所述参考传感器与所述有源传感器之间的阻抗差成比例。
10.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括电耦合到所述参考传感器的所述第二端子的运算放大器的输出。
11.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括电耦合到所述参考传感器的所述第一端子及所述第二端子的反馈元件。
12.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括：
第三参考传感器，其包括第一端子及电耦合到所述电压驱动器的所述输出的第二端子；及
第三电流源，其电耦合到所述第三参考传感器的所述第一端子，且被配置成输出反映由所述第三参考传感器产生的自加热的第七电流，其中所述第二电流的值根据所述第七电流调整。
13.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括ADC，所述ADC被配置成对从所述第一端子到所述读出元件的所述输入的所述电流的变化进行采样。
14.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一电流源及所述第二电流源被配置成在相对于相应第一端子的相同方向上输出相等幅值的电流。
15.根据权利要求1所述的电路，其中所述读出元件包括电容式转阻放大器(CTIA)。
16.根据权利要求1所述的电路，其中从无热电压源和电阻器、高阻抗无热晶体管电流源及威尔森电流镜的群组选择所述第一电流源及所述第二电流源。
17.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括输出到所述参考传感器的所述第二端子的放大器，其中所述参考传感器的所述第一端子电耦合到所述放大器的负输入且所述第一电流源被配置成跨所述负输入及所述输出产生电压降。
18.根据权利要求1所述的电路，其中所述参考传感器是参考辐射热计像素且所述有源传感器是被配置成检测长波长红外(“LWIR”)辐射的辐射热计像素。
19.根据权利要求1所述的电路，其中所述读出元件包括Σ-Δ型ADC。
20.根据权利要求19所述的电路，其中所述Σ-Δ型ADC的第一级包括CTIA。
21.根据权利要求1所述的电路，其中所述参考传感器对传感器图像屏蔽。
22.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括电耦合在所述电压驱动器的所述输出与所述有源传感器的所述第二端子之间的电压跟随器。
23.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括两个或更多个电流缓冲器，所述两个或更多个电流缓冲器包含电耦合在所述第一电流源与所述参考传感器之间的第一电流缓冲器及电耦合在所述第二电流源与所述有源传感器之间的第二电流缓冲器。
24.一种传感器读出的方法，其包括：
提供第一电流到参考传感器的第一端子；
从所述第一电流产生所述参考传感器的第二端子处的电压；
提供第二电流到所述有源传感器的第一端子；
在所述电压下驱动有源传感器的第二端子；
将所述有源传感器暴露于传感器图像；以及
测量从所述有源传感器的所述第一端子到读出元件的输入的第三电流。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一电流及所述第二电流是恒定的。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述电压是所述有源传感器的偏置电压。
27.根据权利要求24所述的方法，其中将所述有源传感器暴露于所述传感器图像进一步包括改变所述第三电流。
28.根据权利要求24所述的方法，其中将所述有源传感器暴露于所述传感器图像进一步包括改变所述有源传感器的阻抗。
29.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括：
提供第四电流到第二参考传感器的第一端子；
从所述第四电流产生所述第二参考传感器的第二端子处的第二电压；
提供第五电流到第二有源传感器的第一端子；
在所述第二电压下驱动所述第二有源传感器的第二端子；
将所述第二有源传感器暴露于所述传感器图像；以及
测量从所述第二有源传感器的所述第一端子到读出元件的所述输入的第六电流。
30.根据权利要求29所述的方法，其包括：
将提供所述第一电流的第一电流源与所述参考传感器电解耦；
将提供所述第四电流的所述第一电流源耦合到所述第二参考传感器；
将提供所述第二电流的第二电流源与所述有源传感器电解耦；以及
将提供所述第五电流的所述第二电流源耦合到所述第二有源传感器。
31.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括：
确定由所述读出元件的所述输入产生的偏移；及
在测量到所述读出元件的所述输入的所述电流之前取消所述偏移。
32.根据权利要求24所述的方法，其中所述读出元件的输出处的电压与所述参考传感器与所述有源传感器之间的阻抗差成比例。
33.根据权利要求24所述的方法，其中通过运算放大器驱动所述电压且所述参考传感器的所述第一端子电耦合到所述运算放大器的负输入。
34.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括使用反馈元件从所述参考传感器的所述第二端子反馈到所述参考传感器的所述第一端子。
35.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括：
提供第七电流到第三参考传感器的第一端子，所述第七电流反映由所述第三参考传感器产生的自加热；及
根据所述第七电流调整所述第二电流的值。
36.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括对由到读出元件的所述输入的所述电流产生的电压进行采样。
37.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一电流及所述第二电流在幅值上相等且在相对于所述参考传感器及所述有源传感器的相应第一端子的相同方向上。
38.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括将所述第三电流转换成所述读出元件的读出电压。
39.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一电流及所述第二电流各由从无热电压源和电阻器、高阻抗无热晶体管电流源及威尔森电流镜的群组选择的电流源提供。
40.根据权利要求24所述的方法，其中在所述电压下驱动所述有源传感器的所述第二端子进一步包括从电压驱动器的输出驱动所述参考传感器的所述第二端子及所述有源传感器的所述第二端子。
41.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括：
从所述第一电流引起跨所述参考传感器的电压降；
使用输出到所述参考传感器的所述第二端子的放大器来产生所述电压；以及
将所述参考传感器的所述第一端子电耦合到所述放大器的负端子。
42.根据权利要求24所述的方法，其中所述参考传感器是参考辐射热计像素且所述有源传感器是有源辐射热计像素。
43.根据权利要求24所述的方法，其中将所述有源传感器暴露于所述传感器图像进一步包括将所述有源传感器暴露于LWIR辐射。
44.根据权利要求24所述的方法，其中所述读出元件包括Σ-Δ型ADC。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述Σ-Δ型ADC的第一级包括CTIA。
46.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括：
将所述参考传感器暴露于所述参考传感器及所述有源传感器共有的环境条件；及
使所述参考传感器对所述传感器图像屏蔽。
47.根据权利要求24所述的方法，其中在所述电压下驱动所述有源传感器的所述第二端子进一步包括在所述有源传感器的所述第二端子与提供所述电压的电压源之间进行缓冲。
48.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括：
缓冲所述第一电流；及
缓冲所述第二电流。
49.一种制造传感器读出电路的方法，其包括：
提供包括输入的读出元件；
提供第一电流源；
提供第二电流源；
提供包括输出的电压驱动器；
提供包括第一端子及第二端子的参考传感器；
将所述参考传感器的所述第一端子电耦合到所述第一电流源；
将所述参考传感器的所述第二端子电耦合到所述电压驱动器的所述输出；
提供包括第一端子及第二端子的有源传感器，所述有源传感器被配置成暴露于传感器图像；
将所述有源传感器的所述第一端子电耦合到所述第二电流源及所述读出元件的所述输入；以及
将所述有源传感器的所述第二端子电耦合到所述电压驱动器的所述输出。
50.根据权利要求49所述的制造方法，其中所述第一电流源及所述第二电流源是恒定电流源。
51.根据权利要求49所述的制造方法，其中所述电压驱动器被配置成产生所述有源传感器的偏置电压。
52.根据权利要求49所述的制造方法，其中所述有源传感器进一步被配置成在所述有源传感器暴露于所述传感器图像时改变从所述有源传感器的所述第一端子到所述读出元件的所述输入的电流。
53.根据权利要求49所述的制造方法，其中所述有源传感器进一步被配置成在所述有源传感器暴露于所述传感器图像时改变所述有源传感器的阻抗。
54.根据权利要求49所述的制造方法，其中所述参考传感器是参考辐射热计像素且所述有源传感器是有源辐射热计像素。
55.根据权利要求49所述的制造方法，其进一步包括：
提供包括第一端子及第二端子的第二参考传感器；
将所述第二参考传感器的所述第一端子电耦合到所述第一电流源；
将所述第二参考传感器的所述第二端子电耦合到所述电压驱动器；
提供包括第一端子及第二端子的第二有源传感器，所述第二有源传感器被配置成暴露于所述传感器图像；
将所述有源传感器的所述第一端子电耦合到所述第二电流源；
将所述有源传感器的所述第二端子电耦合到所述电压驱动器的所述输出，且其中所述第二有源传感器被配置成改变从所述有源传感器的所述第一端子到所述读出元件的所述输入的电流；以及
提供第一开关，其被配置成选择性地将所述参考传感器电耦合到所述第一电流源；
提供第二开关，其被配置成选择性地将所述有源传感器电耦合到所述第二电流源；
提供第三开关，其被配置成选择性地将所述第二参考传感器电耦合到所述第一电流源；以及
提供第四开关，其被配置成选择性地将所述第二有源传感器电耦合到所述第二电流源。
56.根据权利要求49所述的制造方法，其进一步包括提供被配置成移除偏移的CDS电路。
57.根据权利要求49所述的制造方法，其中所述读出元件被配置成产生与所述参考传感器与所述有源传感器之间的阻抗差成比例的电压。
58.根据权利要求49所述的制造方法，其进一步包括：
提供运算放大器；及
将运算放大器的输出电耦合到所述参考传感器的所述第二端子。
59.根据权利要求49所述的制造方法，其进一步包括：
提供反馈元件；及
将所述反馈元件电耦合到所述参考传感器的所述第一端子及所述第二端子。
60.根据权利要求49所述的制造方法，其进一步包括：
提供包括第一端子及第二端子的第三参考传感器；
将所述第三参考传感器的所述第二端子电耦合到所述电压驱动器的所述输出；
提供第三电流源，其被配置成输出反映由所述第三参考传感器产生的自加热的第七电流，其中所述第二电流的值根据所述第七电流调整；以及
将所述第三电流源电耦合到所述第三参考传感器的所述第一端子。
61.根据权利要求49所述的制造方法，其进一步包括提供ADC，所述ADC被配置成对从所述第一端子到所述读出元件的所述输入的所述电流的变化进行采样。
62.根据权利要求49所述的制造方法，其中所述第一电流源及所述第二电流源被配置成在相对于相应第一端子的相同方向上输出相等幅值的电流。
63.根据权利要求49所述的制造方法，其中所述读出元件包括CTIA。
64.根据权利要求49所述的制造方法，其中从无热电压源和电阻器、高阻抗无热晶体管电流源及威尔森电流镜的群组选择所述第一电流源及所述第二电流源。
65.根据权利要求49所述的制造方法，其进一步包括：
提供输出到所述参考传感器的所述第二端子的放大器；及
将所述参考传感器的所述第一端子电耦合到所述放大器的负输入，
其中所述第一电流源被配置成跨所述负输入及所述输出产生电压降。
66.根据权利要求49所述的制造方法，其中所述参考传感器是参考辐射热计像素且所述有源传感器是被配置成检测LWIR辐射的辐射热计像素。
67.根据权利要求49所述的制造方法，其中所述读出元件包括Σ-Δ型ADC。
68.根据权利要求67所述的制造方法，其中所述Σ-Δ型ADC的第一级包括CTIA。
69.根据权利要求49所述的制造方法，其中所述参考传感器对传感器图像屏蔽。
70.根据权利要求49所述的制造方法，其进一步包括：
提供电压跟随器；及
将所述电压跟随器电耦合在所述电压驱动器的所述输出与所述有源传感器的所述第二端子之间。
71.根据权利要求49所述的制造方法，其进一步包括：
提供包含第一电流缓冲器及第二电流缓冲器的两个或更多个电流缓冲器；
将所述第一电流缓冲器电耦合在所述第一电流源与所述参考传感器之间；以及
将所述第二电流缓冲器电耦合在所述第二电流源与所述有源传感器之间。
72.一种传感器电路，其包括：
多个有源传感器，其暴露于传感器图像且共享偏置电压节点；
校准读出元件；以及
校准传感器，其对所述传感器图像屏蔽且包括电耦合到所述偏置电压节点的第一端子及电耦合到所述校准读出元件的第二端子。
73.根据权利要求72所述的传感器电路，其中所述校准传感器的阻抗与所述多个有源传感器中的有源传感器的阻抗相同，且其中所述校准传感器的电载流子计数大于所述有源传感器的电载流子计数。
74.根据权利要求72所述的传感器电路，其进一步包括：
读出元件，其对应于所述多个有源传感器中的有源传感器且被配置成测量所述有源传感器的读出电压，
其中：
所述校准读出元件被配置成测量所述校准传感器的读出电压；且
所述传感器电路电耦合到：
处理器；及
存储器，其包含指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器执行方法，所述方法包括：
接收所述有源传感器的所述读出电压；
接收所述校准传感器的所述读出电压；以及
计算(1)所述有源传感器的所述读出电压与(2)所述校准传感器的所述读出电压之间的差，所述差由所述校准传感器的阻抗与所述有源传感器的阻抗之间的比率加权。
75.根据权利要求74所述的传感器电路，其中所述比率是1。
76.根据权利要求74所述的传感器电路，其中所述比率与温度无关。
77.根据权利要求72所述的传感器电路，其进一步包括：
读出元件，其对应于所述多个有源传感器中的有源传感器且被配置成测量所述有源传感器的读出电压；
其中所述传感器电路电耦合到：
处理器；及
存储器，其包含指令，所述指令在由所述处理器执行时使一个或多个处理器执行方法，所述方法包括：
接收对应于闭合快门的第一读出电压；
接收对应于敞开快门的第二读出电压；以及
计算在(1)所述第一读出电压与(2)所述第二读出电压之间的与由所述传感器图像引起的所述有源传感器的阻抗差成比例的差。
78.根据权利要求74至77所述的传感器电路，其中所述多个读出元件包括多个ADC。
79.根据权利要求72所述的传感器电路，其中所述校准传感器及所述多个有源传感器由具有相同热阻抗系数(TCR)的材料制成。
80.根据权利要求72所述的传感器电路，其中所述多个有源传感器包含多列有源传感器，所述电路进一步包括：
多个电流源，其中所述多个电流源中的电流源电耦合到所述校准传感器的所述第二端子及所述校准读出元件；及
多个读出元件，其中所述多列有源传感器中的每一个电耦合到：
对应读出节点处的所述多个电流源中的对应电流源，及
所述对应读出节点处的所述多个读出元件中的对应读出元件。
81.根据权利要求72所述的传感器电路，其中所述校准读出元件包括模数转换器(ADC)。
82.根据权利要求72所述的传感器电路，其中：
所述多个有源传感器及所述校准传感器是辐射热计，且
所述传感器图像是热图像。
83.一种传感器电路，其包括：
校准电流源，其提供校准电流；
有源传感器；
读出元件；
第一开关，其被配置成选择性地将所述有源传感器电耦合到所述读出元件；以及
第二开关，其被配置成选择性地将所...
【专利技术属性】
技术研发人员：E·陈，文兵，J·洪，T·常，柳承卓，
申请(专利权)人：曜晶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。