一种红外焦平面像素级数字化读出电路及方法技术

本发明专利技术涉及红外焦平面阵列的读出电路技术领域，公开了一种红外焦平面像素级数字化读出电路，包括为参考像元提供偏置电压的所述参考探测电桥以及为相邻所述参考像元的旁像元提供偏置电压的所述探测电桥矩阵，所述探测电桥矩阵包括若干个独立设置的探测电桥支路，任一所述探测电桥支路可分别通过开关与所述参考探测电桥构成电桥结构；还包括运放复用电路和信号锁存电路，本发明专利技术还提供了一种红外焦平面像素级数字化读出方式，运用上述的读出电路。本发明专利技术减少了读出电路模数转换的数据量，缓解了读出电路大数据量高速输出的问题。缓解了读出电路大数据量高速输出的问题。缓解了读出电路大数据量高速输出的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种红外焦平面像素级数字化读出电路及方法


[0001]本专利技术涉及红外焦平面阵列的读出电路
，具体涉及一种红外焦平面像素级数字化读出电路及读出方法。

技术介绍

[0002]红外读出电路是红外探测器的重要组成部分，其作用一是提供探测像元需要的偏置电压，二是将探测阵列的信息逐行逐列地有序输出。随着读出电路的技术不断发展，读出电路集成的功能也越来越多，如片上模数转换、片上非均匀性校正等功能。其中，片上模数转换分为芯片级、列级及像素级，目前红外读出电路多采用列级模数转换通道，逐行地对阵列信号进行模数转换。
[0003]随着红外探测器应用场景的多样化，对红外探测器的集成度和智能化提出了进一步要求，像素级数字化得到了众多关注。像素级数字化即在像素内部完成模数转换；像素直接输出数字码。像素级数字化意味着焦平面上所有像素同时积分和模数转换，可以大大提高红外读出电路的输出帧频。
[0004]像素级数字化读出电路在大面阵、高帧频的发展趋势下，短时间内会产生大量数据，但是，读出电路输出传输速度存在瓶颈，大量含有探测信息的数据无法及时地从像素级数字化读出电路中输出。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种红外焦平面像素级数字化读出电路及读出方法，具有可以进行数据压缩的电路结构，在探测器端从根本上减小像素级数字化产生的数据量。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]一种红外焦平面像素级数字化读出电路，包括为参考像元提供偏置电压的所述参考探测电桥以及为相邻所述参考像元的旁像元提供偏置电压的所述探测电桥矩阵，
[0008]所述探测电桥矩阵包括若干个独立设置的探测电桥支路，任一所述探测电桥支路可分别通过开关与所述参考探测电桥构成电桥结构；
[0009]所述参考探测电桥独立工作，所述参考探测电桥将含有探测信息的电流输送到所述运放复用电路；所述参考探测电桥非独立工作时，将所述探测电桥支路与所述参考探测电桥的电流之差输送到所述运放复用电路；
[0010]还包括运放复用电路和信号锁存电路，
[0011]所述运放复用电路可以在电容跨导放大器模式和比较器模式之间进行切换；电容跨导放大器模式对所述参考探测电桥或所述探测电桥矩阵输出的电流进行积分；比较器模式对积分电压和斜坡电压进行比较，并将结果作为锁存使能信号输出给所述信号锁存电路，所述信号锁存电路的锁存信号为BITX信号。
[0012]本技术方案中，参考像元的读出数据可以根据参考探测电桥的探测电流得到，而参考像元旁边的旁像元的读出数据则根据探测电桥矩阵和参考探测电桥的电流差得到，通
过只传送差值序列，从而减少数据的传输，达到压缩数据的目的。
[0013]作为优化，所述参考探测电桥包括第一盲像元R
b
、第一PMOS晶体管MP
eb
、第一NMOS晶体管MN
sel
、第二NMOS晶体管MN
fid
、第一探测像元R
s
、第三开关S3和第四开关S4，所述第一盲像元R
b
的一端与第一偏置电压Vsk连接，所述第一盲像元R
b
的另一端与所述第一PMOS晶体管MP
eb
的源极连接，所述第一PMOS晶体管MP
eb
的漏极与所述第一NMOS晶体管MN
sel
的漏极连接，所述第一NMOS晶体管MN
sel
的源极与所述第二NMOS晶体管MN
fid
的漏极连接，所述第二 NMOS晶体管MN
fid
的漏极通过所述第三开关S3与所述第二NMOS晶体管MN
fid
的栅极连接，所述第二NMOS晶体管MN
fid
的栅极通过所述第四开关S4与第二偏置电压V
fid
连接，所述第二NMOS 晶体管MN
fid
的源极与所述第一探测像元R
s
的一端连接，所述第一探测像元R
s
的另一端与电源地GND连接，所述第一PMOS晶体管MP
eb
的栅极与第三偏置电压V
eb
连接。
[0014]作为优化，所述参考探测电桥的输出端为所述第一NMOS晶体管MN
sel
的漏极，所述参考探测电桥独立工作时，设置在所述参考探测电桥与所述探测电桥矩阵之间的开关断开，所述运放复用电路的输入电流值的大小为流过所述第一盲像元R
b
电流和流过所述第一探测像元R
s
电流之间的差。
[0015]作为优化，所述探测电桥矩阵包括若干个结构相同的探测电桥支路，所述探测电桥支路包括第二盲像元R
bi
、第二PMOS晶体管MP
ebi
、第三NMOS晶体管MN
seli
、第四NMOS晶体管MN
fidi
、第二探测像元R
si
、第一开关S1
i
和第二开关S2
i
，所述第二盲像元R
bi
的一端与所述第一偏置电压Vsk连接，所述第二盲像元R
bi
的另一端与所述第二PMOS晶体管MP
ebi
的源极连接，所述第二PMOS晶体管MP
ebi
的漏极与所述第三NMOS晶体管MN
seli
的漏极连接，所述第三NMOS晶体管MN
seli
的源极与所述第四NMOS晶体管MN
fidi
的漏极连接，所述第四NMOS晶体管MN
fidi
的源极连接到所述第二探测像元R
si
的一端连接，所述第二探测像元R
si
的另一端与所述电源地GND 连接，所述第二PMOS晶体管MP
ebi
的栅极通过所述第一开关S1
i
与所述第一PMOS晶体管MP
eb
的栅极连接，所述第四NMOS晶体管MN
fidi
的栅极通过所述开关S2
i
连接到所述第二NMOS晶体管MN
fid
的栅极。
[0016]作为优化，所述探测电桥支路的输出端为所述第三NMOS晶体管MN
seli
的漏极，所述参考探测电桥非独立工作时，设置在所述参考探测电桥与所述探测电桥矩阵之间的开关闭合，所述运放复用电路的输入电流值的大小为流过所述第二探测像元R
si
和流过所述第一探测像元R
s
的电流之差。
[0017]作为优化，所述运放复用电路包括运算放大器Opamp、积分电容C、复位开关RST、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7、第八开关S8、第九开关S9、第十开关S
int1
和第十一开关S
int2
，所述参考探测电桥的输出端通过所述第十开关S
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外焦平面像素级数字化读出电路，其特征在于，包括为参考像元提供偏置电压的所述参考探测电桥以及为相邻所述参考像元的旁像元提供偏置电压的所述探测电桥矩阵，所述探测电桥矩阵包括若干个独立设置的探测电桥支路，任一所述探测电桥支路可分别通过开关与所述参考探测电桥构成电桥结构；所述参考探测电桥独立工作，所述参考探测电桥将含有探测信息的电流输送到所述运放复用电路；所述参考探测电桥非独立工作时，将所述探测电桥支路与所述参考探测电桥的电流之差输送到所述运放复用电路；还包括运放复用电路和信号锁存电路，所述运放复用电路可以在电容跨导放大器模式和比较器模式之间进行切换；电容跨导放大器模式对所述参考探测电桥或所述探测电桥矩阵输出的电流进行积分；比较器模式对积分电压和斜坡电压进行比较，并将结果作为锁存使能信号输出给所述信号锁存电路，所述信号锁存电路的锁存信号为BITX信号。2.根据权利要求1所述的一种红外焦平面像素级数字化读出电路，其特征在于，所述参考探测电桥包括第一盲像元R
b
、第一PMOS晶体管MP
eb
、第一NMOS晶体管MN
sel
、第二NMOS晶体管MN
fid
、第一探测像元R
s
、第三开关S3和第四开关S4，所述第一盲像元R
b
的一端与第一偏置电压Vsk连接，所述第一盲像元R
b
的另一端与所述第一PMOS晶体管MP
eb
的源极连接，所述第一PMOS晶体管MP
eb
的漏极与所述第一NMOS晶体管MN
sel
的漏极连接，所述第一NMOS晶体管MN
sel
的源极与所述第二NMOS晶体管MN
fid
的漏极连接，所述第二NMOS晶体管MN
fid
的漏极通过所述第三开关S3与所述第二NMOS晶体管MN
fid
的栅极连接，所述第二NMOS晶体管MN
fid
的栅极通过所述第四开关S4与第二偏置电压V
fid
连接，所述第二NMOS晶体管MN
fid
的源极与所述第一探测像元R
s
的一端连接，所述第一探测像元R
s
的另一端与电源地GND连接，所述第一PMOS晶体管MP
eb
的栅极与第三偏置电压V
eb
连接。3.根据权利要求2所述的一种红外焦平面像素级数字化读出电路，其特征在于，所述参考探测电桥的输出端为所述第一NMOS晶体管MN
sel
的漏极，所述参考探测电桥独立工作时，设置在所述参考探测电桥与所述探测电桥矩阵之间的开关断开，所述运放复用电路的输入电流值的大小为流过所述第一盲像元R
b
电流和流过所述第一探测像元R
s
电流之间的差。4.根据权利要求2或3所述的一种红外焦平面像素级数字化读出电路，其特征在于，所述探测电桥矩阵包括若干个结构相同的探测电桥支路，所述探测电桥支路包括第二盲像元R
bi
、第二PMOS晶体管MP
ebi
、第三NMOS晶体管MN
seli
、第四NMOS晶体管MN
fidi
、第二探测像元R
si
、第一开关S1
i
和第二开关S2
i
，所述第二盲像元R
bi
的一端与所述第一偏置电压Vsk连接，所述第二盲像元R
bi
的另一端与所述第二PMOS晶体管MP
ebi
的源极连接，所述第二PMOS晶体管MP
ebi
的漏极与所述第三NMOS晶体管MN
seli
的漏极连接，所述第三NMOS晶体管MN
seli
的源极与所述第四NMOS晶体管MN
fidi
的漏极连接，所述第四NMOS晶体管MN
fidi
的源极连接到所述第二探测像元R
si
的一端连接，所述第二探测像元R
si
的另一端与所述电源地GND连接，所述第二PMOS晶体管MP
ebi
的栅极通过所述第一开关S1
i
与所述第一PMOS晶体管MP
eb
的栅极连接，所述第四NMOS晶体管MN
fidi
的栅极通过所述开关S2
i
连接到所述第二NMOS晶体管MN
fid
的栅极。5.根据权利要求4所述的一种红外焦平面像素级数字化读出电路，其特征在于，所述探测电桥支路的输出端为所述第三NMOS晶体管MN
seli
的漏极，所述参考探测电桥非独立工作
时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋亚东，李国栋，刘沛轩，李嘉伟，阙隆成，吕坚，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：