CN103795413B - 一种红外焦平面阵列读出电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外焦平面阵列读出电路，属于红外焦平面阵列探测器的技术领域，包括信号采集单元，将积分信号按照幅值范围分别转换为数字信号的模数转换器，转换结果输出单元以及寄存器组。本发明公开的红外焦平面阵列读出电路，在主时钟不变的情况下，提高了读出电路的帧频，提高了工作效率。

Description

一种红外焦平面阵列读出电路

技术领域

本发明公开了一种红外焦平面阵列读出电路，属于红外焦平面阵列探测器的技术领域。

背景技术

随着CMOS超大规模集成电路技术、红外焦平面技术以及数字集成电路技术的不断发展，人们逐渐意识到将红外焦平面的模拟输出信号转变为数字信号输出，可以提高信号在传输过程中的抗干扰能力，提高信号的信噪比，同时这也是第三代红外焦平面技术不断小型化、不断提高集成度的发展趋势。

红外焦平面片上模数转换器（ADC）技术是实现将红外焦平面模拟信号输出转变为数字信号输出的一项非常关键的技术，读出电路的片上ADC是红外焦平面读出电路数字化中非常关键的器件，对于红外焦平面数字化后的最终性能起着决定性的影响。ADC的种类和架构比较多，使得读出电路的设计过程中往往遇到多种选择。

非制冷红外焦平面探测器在室温下工作，具有低成本、低功耗、小型化和高可靠性等优点，被广泛应用于军事和民用领域。随着非制冷红外焦平面阵列的增大，对AD转换时钟的频率要求越来越高。

非制冷红外焦平面探测器读出电路和探测单元希望可以单片集成，考虑到二者兼容性问题，非制冷红外焦平面探测器读出电路受限于探测单元的制作工艺所以研究一种红外焦平面阵列读出电路的分行复用的模数转换结构具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种红外焦平面阵列读出电路。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种红外焦平面阵列读出电路，包括：

将红外焦平面阵列探测器的探测信号转换为积分信号的信号采集单元，

将积分信号按照幅值范围分别转换为数字信号的模数转换器，模数转换器输入端接所述信号采集单元，

将模数转换器输出信号转换后输出给寄存器组，

其中，所述模数转换器包括：第一、第二斜坡信号发生器，第一、第二比较器，选择电路，

第一比较器：正输入端接第一斜坡信号发生器输出端，负输入端接积分信号，

第二比较器：正输入端接第二斜坡信号发生器输出端，负输入端接积分信号、

选择电路：第一输入端接第一比较器输出端，第二输入端接第二比较器输出端，输出端输出数字信号。

作为所述红外焦平面阵列读出电路的进一步优化方案，所述选择电路包括：触发电路、第一传输门器件、第二传输门器件，

触发电路：时钟信号端接第一比较器输出端，输入端接第二比较器输出端，

第一传输门器件：输入端接第一比较器输出端，第一、第二控制端与触发电路的一对互补输出端连接，输出端；

第二传输门器件：输入端接第二比较器输出端，第一控制端与第一传输门器件的第二控制端连接，第二控制端与第一传输门器件的第一控制端连接。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：在主时钟不变的情况下，提高了读出电路的帧频，提高了工作效率。

附图说明

图1是红外焦平面阵列读出电路的示意图。

图2是红外焦平面阵列读出电路的时序示意图。

图3是选择电路的电路图。

图4是红外焦平面阵列读出电路的数模转换过程示意图。

图中标号说明：TG1、TG2为第一、第二传输门器件。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

图1所示的红外焦平面阵列读出电路中新型的模数转换结构，包括：两组斜波发生器，分别输出0~0.5Vref和0.5Vref~ Vref两组斜波（Vref为模数转换的输入范围；两个相同结构的比较器compare1、compare2；一个2选1 的MUX电路；转换结果输出模块；寄存器组。积分器输出信号Vint同时输入到比较器compare1和compare2中，并分别与0~0.5Vref的斜波发生器和0.5Vref~ Vref的斜波发生器进行比较。如果compare1的输出由0变为1，则选择compare1的结果，如果compare2的输出由0变为1，则选择compare2的结果。在转换结果输出模块完成最终的模数转换。在转换结果输出模块完成最终的模数转换。转换结果送到寄存器等待输出。

信号采集单元将红外焦平面阵列探测器的探测信号转换为积分信号的；模数

转换器将积分信号按照幅值范围分别转换为数字信号，模数转换器输入端接所述信号采集单元；将模数转换器输出信号转换后输出给寄存器组。

模数转换器包括：第一、第二斜坡信号发生器，第一、第二比较器，选择电路。第一比较器：正输入端接第一斜坡信号发生器输出端，负输入端接积分信号。第二比较器：正输入端接第二斜坡信号发生器输出端，负输入端接积分信号。选择电路：第一输入端接第一比较器输出端，第二输入端接第二比较器输出端，输出端输出数字信号。

图2所示是本发明一个实施例的新型的模数转换结构的整体时序示意图。

假设红外焦平面阵列读出电路按由上至下的模式工作，设第k行在第kT时刻完成积分（T为一行的时间），并在该时刻将积分结果输入到comp1和comp2中，并分别与0~0.5Vref和0.5Vref~ Vref两组斜波进行比较，并通过转换结果输出模块完成最终的模数转换。在比较和转换的过程中，第k+1行进行积分，第K-1行数据已完成模数转换并将转换结果送到寄存器组存储、输出。

图3所示是本发明一个实施例的2选1MUX电路，包括：一个上升沿触发的D触发器和两个传输门。当D触发器触发后，Vcomp1被选中输出，反之Vcomp2被选中输出。

选择电路包括：触发电路DFFR、第一传输门器件TG1、第二传输门器件TG2，触发电路：时钟信号端CLK接第一比较器输出端，输入端接第二比较器输出端。第一传输门器件TG1：输入端接第一比较器输出端，第一、第二控制端与触发电路的一对互补输出端（Q、QR）连接。

第二传输门器件TG2：输入端接第二比较器输出端，第一控制端与第一传输门器件的第二控制端连接，第二控制端与第一传输门器件的第一控制端连接。

图4所示是本发明一个实施例的数模转换过程示意图，包括：斜波发生器、比较器、二输入与门和输出计数器。比较器正端接积分输入分行选择结构的某一个输出端，其负端接斜波发生器，其输出作为二输入与门其中一个输入。所述二输入与门的另一个输入端接AD转换时钟，其输出控制输出计数器。计数器的结果即为模数转换的结果。

本发明所述寄存器组包括：n个寄存器，其中n为单斜率ADC比特数。每个寄存器分别于相应转换结果分行输出单元连接，n个寄存器存储单斜率ADC的n bits转换结果等待输出。其结构为常见电路不再赘述。

本发明公开的红外焦平面阵列读出电路，在主时钟不变的情况下，提高了读出电路的帧频，提高了工作效率。以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims (2)

1.一种红外焦平面阵列读出电路，包括：

将红外焦平面阵列探测器的探测信号转换为积分信号的信号采集单元，

其特征在于：还包括，

将积分信号按照幅值范围分别转换为数字信号的模数转换器，模数转换器输入端接所述信号采集单元，

将模数转换器输出信号转换后输出给寄存器组，

其中，所述模数转换器包括：第一、第二斜坡信号发生器，第一、第二比较器，选择电路，

第一比较器：正输入端接第一斜坡信号发生器输出端，负输入端接积分信号，

第二比较器：正输入端接第二斜坡信号发生器输出端，负输入端接积分信号，

选择电路：第一输入端接第一比较器输出端，第二输入端接第二比较器输出端，输出端输出数字信号。

2.根据权利要求1所述的一种红外焦平面阵列读出电路，其特征在于：所述选择电路包括：触发电路、第一传输门器件、第二传输门器件，

触发电路：时钟信号端接第一比较器输出端，输入端接第二比较器输出端，

第一传输门器件：输入端接第一比较器输出端，第一、第二控制端与触发电路的一对互补输出端连接，输出端；

第二传输门器件：输入端接第二比较器输出端，第一控制端与第一传输门器件的第二控制端连接，第二控制端与第一传输门器件的第一控制端连接。