CN102374904B - 一种非晶态碲镉汞线列探测器的信号处理电路 - Google Patents

Abstract

一种非晶态碲镉汞线列探测器的信号处理电路，其特征在于由非晶态探测器与集成信号处理电路电学接口、非晶态探测器阻抗适配放大电路、并行信号串行转换与时序输出电路组成，其中，处理电路电学接口是探测器与信号处理电路的物理接口，按照探测器的性能和功能需求进行连接电极的排布，由16个探测器信号引入电极和测试端点组成；非晶态探测器阻抗适配放大电路由恒流源电路和电压放大电路组成；并行信号串行转换与时序输出电路由数字时序驱动电路、列信号放大电路和输出驱动电路组成。本发明提供的信号处理电路，为非晶态碲镉汞探测器提供了物理支撑和电学接口功能，实现信号的放大与输出，并使非晶态集成信号处理电路的工作状态得到优化。

Description

一种非晶态碲镉汞线列探测器的信号处理电路

技术领域

本发明涉及一种非晶态碲镉汞线列探测器的信号处理电路。

背景技术

采用单晶材料的碲镉汞制备红外探测器，成本较高，不利于碲镉汞探测器的大规模推广和应用。为了充分利用碲镉汞材料的优良性能同时又大幅度降低碲镉汞探测器的制造成本，开发了采用非晶态碲镉汞材料的红外探测器，非晶态碲镉汞材料对衬底没有选择性，因此可以直接在集成信号处理电路上大面积制备，既简化工艺、又降低成本，此外，非晶态碲镉汞具有优越的力学性能，强度高、韧性好、弹性好、硬度高、耐磨性好，从而保证探测器的可靠性。

目前，实现片上集成的碲镉汞焦平面探测器读出电路均适用于光伏结构，不能适用于光导器件模型，已经批量生产的光导碲镉汞探测器由于器件电阻较低无法实现单片信号处理电路的片上集成。

发明内容

本发明的目的是提供非晶态碲镉汞线列探测器的电学接口和物理支撑基础，并实现信号的放大与输出。为了能作为支撑基底，生长线列探测器的非晶态碲镉汞材料，同时又具有非晶态碲镉汞线列探测器信号的高信噪比放大和顺序读出的功能，本发明提供一种基于0.5μm硅工艺的CMOS信号处理电路。

本发明所述的非晶态碲镉汞线列探测器的信号处理电路，其特征在于包含三个部分，即非晶态碲镉汞线列探测器与集成信号处理电路电学接口、非晶态碲镉汞线列探测器阻抗适配放大电路、并行信号串行转换与时序输出电路，其中，非晶态碲镉汞线列探测器与集成信号处理电路电学接口是探测器与信号处理电路的物理接口，按照探测器的性能和功能需求进行连接电极的排布，由16个探测器信号引入电极和测试端点组成；非晶态碲镉汞线列探测器阻抗适配放大电路由恒流源电路和电压放大电路组成；并行信号串行转换与时序输出电路由数字时序驱动电路、列信号放大电路和输出驱动电路组成。

本发明所述的信号处理电路，其工作原理为：恒流源提供固定的电流，该电流经过直接制备在电极上的非晶态碲镉汞线列探测器以后，在每一个单元探测器两端产生固定的电压降，当红外辐射能量照射到探测器上的时候，探测器的电阻会发生微弱的改变，微弱改变的电阻使得探测器上电压发生微弱变化，电压的变化经过电压放大电路放大，放大以后的电压信号在数字时序驱动电路的作用下将并行信号转换为串行信号，在输出驱动电路带动一定的负载的情况下，使输出信号到达电路外部。

本发明的有益效果为：本发明提供的信号处理电路，为非晶态碲镉汞探测器提供了物理支撑和电学接口功能，能实现不使用专门的衬底就能在信号处理电路的表面直接进行非晶态碲镉汞的生长和制备，大幅度降低了非晶态碲镉汞探测器的制造成本；本发明提供的信号读出电路能匹配探测器工作电流并设计合适的放大器，为非晶态碲镉汞焦探测器提供合适的偏置电压，使非晶态集成信号处理电路的工作状态得到优化。

附图说明

图1是非晶态碲镉汞探测器的信号处理电路结构示意图；

图2是非晶态探测器阻抗适配放大电路结构示意图；

图3是非晶态碲镉汞探测器的信号处理电路的数字驱动时序图；

图4是非晶态碲镉汞探测器信号处理电路设计仿真结果图。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，本实施例为一种16元非晶态碲镉汞线列探测器的信号处理电路结构示意图，由非晶态探测器与集成信号处理电路电学接口1，非晶态探测器阻抗适配放大电路2和并行信号串行转换与时序输出电路3组成。Vb为电路外部偏置电压；M1到M5为MOS单元管子，提供非晶态碲镉汞线列探测器的工作电流，In为加载在非晶态碲镉汞线列探测器上的工作电流；EN为16元非晶态碲镉汞线列探测器数字扫描使能开关，Col为非晶态碲镉汞线列探测器列选信号；Rd代表S1到S16的16元非晶态碲镉汞线列探测器；C2为直流隔离电容，INT为电路内部积分信号；Reset为放大器的数字复位开关，M6为放大器复位MOS管，C1为放大器的反馈积分电容，Vref为放大器的参考电压，A表示放大器；Trans为16路串并转换开关，V1、V2和V3分别为图示位置的节点标识；C3为“非晶态碲镉汞信号存储电容”；Vout为输出信号。

图3所示的是非晶态碲镉汞线列探测器的信号处理电路的数字驱动时序图，其中，CLK、EN为外部输入数字激励信号，Vout为输出信号，其它的是为了电路正常工作产生的内部信号。

电路的有关参数为：根据已测得的材料特性可知探测器的暗电阻为160K，暗电流为5.1235uA，而最大光电流与暗电流的差值为40nA。当时钟频率为800Hz，占空比为1∶1时，40nA的电流可在C1累加的电荷为25pC，积分器输出端可从0.8V变化到1.8V。因为对每一个传感器信号的读出需要两个时钟周期，并且电路要求帧频为25Hz，即每个探测器的读出时间为1/25/16＝2.5ms，因此时钟周期为1.25ms。即时钟频率为800Hz。

电路的工作过程为：整个信号处理电路可分为数字和模拟两部分电路。数字电路用于产生控制信号，模拟部分用于实现信号的积分和输出。在电路仿真前首先调节In和Vref，使传感器电阻上的电流与In实现匹配，避免积分器饱和，并且使图1中开关S1～S16下面的电阻R1～R16为16个非晶态碲镉汞线列探测器。开关S1～S16逐次选通，从而形成了对探测器的列选。以S1选通时为例，当S1刚闭合时，Reset开关闭合，此时积分器复位，电容C1的电荷被放掉，V1和V2均被钳到Vref。接着当时钟下降沿到来后INT闭合，但是由于此时Reset信号仍然闭合，因此积分器不会对C1充电；当下一个时钟沿到来后Reset断开，此时积分器开始对电容C1充电，充电电流为恒流源电流In与电阻上的电流Vref/R1(因为你以S1选通时为例，相应地电阻应为R1。)的差值。积分完成后，INT断开而Trans闭合，V2由缓冲器驱动输出信号Vout。

采用3.3V电压、0.35um工艺标准的特征参数对电路进行设计：输入扫描信号Scan，主时钟信号CLK，扫描使能信号En，从R1～R16为16个非晶态碲镉汞线列探测器，电源电压为3.3V，Scan信号为高，因此开关S1～S16逐次选通，In为5.025luA，Vref为805.2mV的直流电压，时钟频率为800Hz，脉冲宽度为500uS，得到输出信号Vout，即为电路的仿真结果，如图4所示。

Claims (1)

1.一种非晶态碲镉汞线列探测器的信号处理电路，其特征在于由非晶态碲镉汞线列探测器与集成信号处理电路电学接口(1)、非晶态碲镉汞线列探测器阻抗适配放大电路(2)、并行信号串行转换与时序输出电路(3)组成，其中，非晶态碲镉汞线列探测器与集成信号处理电路电学接口(1)是探测器与信号处理电路的物理接口，按照探测器的性能和功能需求进行连接电极的排布，由16个探测器信号引入电极和测试端点组成；非晶态碲镉汞线列探测器阻抗适配放大电路(2)由恒流源电路和电压放大电路组成；并行信号串行转换与时序输出电路(3)由数字时序驱动电路、列信号放大电路和输出驱动电路组成。

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