CN103913700B - 一种红外焦平面读出电路的检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种红外焦平面读出电路的检测电路，包括：测试电路，用于接收至少一个测试输入信号；检测电路，用于检测敏感像元的信号，以及用于接收至少一个测试输入信号并生成测试信号；积分电路，用于对测试信号进行积分，获得积分信号；采样保持电路，用于接收积分信号并将其采样并输出。本发明的实施例中，检测电路可以在红外焦平面阵列制作敏感像元之前对读出整个电路进行检测，筛选出不合格的电路，节省红外焦平面阵列的制作成本。在制作敏感像元后正常工作时，又可以保证不影响读出电路的正常工作，即不会带来性能上的衰减。

Description

一种红外焦平面读出电路的检测电路

技术领域

本发明涉及红外焦平面探测器技术领域，尤其是涉及一种红外焦平面读出电路的检测电路。

背景技术

目前红外成像系统在军事、空间技术、医学以及国民经济相关领域正得到日益广泛的应用。红外焦平面阵列组件是红外成像技术中获取红外图像信号的核心光电器件。红外焦平面阵列组件由红外探测器和红外焦平面读出电路（ROIC：readout integratedcircuits）组成。随着红外焦平面阵列组件规模的不断扩大，作为其重要组成部分的红外焦平面读出电路需要满足更高的工作性能。

ROIC电路是把红外焦平面的各种功能集成在单一的半导体芯片中的高集成度电路，其基本功能是进行红外探测器信号的转换、放大以及传输，即将数据从许多红外探测器端依次传输到输出端。常见的ROIC电路包括单元电路、列读出级和输出缓冲级、时序产生电路、行选择电路和列选择电路。行选择电路是ROIC电路的重要组成部分，它的性能好坏直接影响整个读出电路的性能。

在红外读出电路制作完成以后，红外敏感单元阵列制作以前，对红外读出电路进行检测是必要的，这样可以提高红外探测器的成品率，节约成本和时间。

红外敏感单元阵列制作以前，红外读出电路的数字电路可以通过测试信号控制选择相应的信号输入进行检测。但是红外焦平面阵列读出电路的模拟电路在红外敏感单元阵列制作以前却很难检测，因为电路不完整，输出为随机信号。虽然现在也有一些检测方法，但这些方法都存在一些不足的地方，例如现有的一种检测方法只能检测到测试电路后面的电路结构能否正常工作，却不能对探测电路部分进行检测。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够检测红外焦平面阵列读出电路的红外焦平面读出电路的检测电路。该检测电路不仅可以检测到测试电路后面的电路结构的工作状况，而且可以检测到探测电路部分能否正常工作。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种红外焦平面读出电路的检测电路，其特征在于，包括：测试电路20，所述测试电路20用于接收至少一个测试输入信号；检测电路10，所述检测电路10连接到所述测试电路20，用于检测敏感像元的信号，以及用于接收所述至少一个测试输入信号并生成测试信号；积分电路30，所述积分电路30连接到所述检测电路10并用于对所述测试信号进行积分，获得积分信号；采样保持电路40，所述采样保持电路40连接到所述积分电路30，用于接收所述积分信号并将所述积分信号采样并作为测试输出信号输出。

本发明的一个实施例中，所述测试电路包括第一晶体管PM1，所述第一晶体管PM1的源极连接到模拟电源AVDD，所述第一晶体管PM1的漏极连接到所述检测电路10，所述第一晶体管PM1的栅极连接到第一测试信号输入端V_{p_test}。

本发明的一个实施例中，所述测试电路包括第三晶体管NM1，所述第三晶体管NM1的源极接地，所述第三晶体管NM1的漏极连接到所述检测电路10，所述第三晶体管NM1的栅极连接到第二测试信号输入端V_{n_test}。

本发明的一个实施例中，所述检测电路10包括第二晶体管PM2、第四晶体管NM2和第五晶体管NM3，其中：所述第二晶体管PM2的栅极连接到第一偏置电压V_pbias，所述第二晶体管PM2的源极连接到所述第一晶体管PM1的漏极，第二晶体管PM2的漏极连接到所述第四晶体管NM2的漏极并且连接到所述积分电路30；所述第四晶体管NM2的栅极连接到第二偏置电压V_nbias，所述第四晶体管NM2的源极连接到所述第五晶体管NM3的漏极；所述第五晶体管NM3的栅极连接到行选信号输入端Row_sel，所述第五晶体管NM3的源极连接到所述第三晶体管NM1的漏极。

本发明的一个实施例中，所述第二晶体管PM2的源极还连接到第一敏感像元R_b的一端。

本发明的一个实施例中，所述第五晶体管NM3的源极还连接到第二敏感像元R_s的一端。

本发明的实施例中，检测电路可以在红外焦平面阵列制作敏感像元之前对读出整个电路进行检测，筛选出不合格的电路，节省红外焦平面阵列的制作成本。在制作敏感像元后正常工作时，又可以保证不影响读出电路的正常工作，即不会带来性能上的衰减。

附图说明

图1是本发明一个实施例的红外焦平面读出电路的检测电路的结构示意图。

图2是本发明一个实施例的红外焦平面读出电路的检测电路的工作过程的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明的实施例的红外焦平面读出电路的检测电路的结构。

如图1所示，本发明的一个实施例中，一种红外焦平面读出电路的检测电路包括：测试电路20、检测电路10、积分电路30和采样保持电路40。

测试电路20用于接收至少一个测试输入信号。本发明的实施例中，该测试输入信号可以是从外部输入的，例如由用户从外部输入。

检测电路10连接到该测试电路20。该检测电路10当正常工作时可以用于检测敏感像元的信号，即作为通常的读出电路的检测电路使用；并且，在敏感像元制造之前，该检测电路10也可以用于从测试电路20接收前述的至少一个测试输入信号，并生成测试信号。

积分电路30连接到检测电路10并用于对从检测电路10接收的测试信号进行积分，获得积分信号。采样保持电路40连接到积分电路30，用于从积分电路30接收前述的积分信号并将该积分信号采样并作为测试输出信号输出。该测试输出信号用于测试当前的读出电路是否合格。

本发明的实施例中，积分电路30和采样保持电路40的结构可以与本领域内常用的积分电路和采样保持电路相同或者类似，在此不再详述。

如图1所示，本发明的一个实施例中，测试电路20可以包括第一晶体管PM1。该第一晶体管PM1的源极连接到模拟电源AVDD；该第一晶体管PM1的漏极连接到检测电路10；该第一晶体管PM1的栅极连接到第一测试信号输入端V_{p_test}，用于接收第一测试输入信号。

本发明的一个实施例中，测试电路20还可以包括第三晶体管NM1。该第三晶体管NM1的源极接地；该第三晶体管NM1的漏极连接到检测电路10；该第三晶体管NM1的栅极连接到第二测试信号输入端V_{n_test}，用于接收第二测试输入信号。

本发明的一个实施例中，检测电路10可以包括第二晶体管PM2、第四晶体管NM2和第五晶体管NM3。

第二晶体管PM2的栅极连接到第一偏置电压V_pbias；第二晶体管PM2的源极连接到测试电路20的第一晶体管PM1的漏极；第二晶体管PM2的漏极连接到第四晶体管NM2的漏极并且连接到积分电路30。

第四晶体管NM2的栅极连接到第二偏置电压V_nbias；第四晶体管NM2的源极连接到第五晶体管NM3的漏极。

第五晶体管NM3的栅极连接到行选信号输入端Row_sel；第五晶体管NM3的源极连接到测试电路20的第三晶体管NM1的漏极。

本发明的一个实施例中，前述的第二晶体管PM2的源极还连接到第一敏感像元R_b的一端。该第一敏感像元R_b的另一端连接到盲像元的偏置电压V_sk。

本发明的一个实施例中，前述的第五晶体管NM3的源极还连接到第二敏感像元R_s的一端。该第一敏感像元R_s的另一端接地。

在制作敏感像元之前检测电路时，测试电路20中的第一晶体管PM1和第三晶体管NM1的栅极的第一测试信号输入端V_{p_test}和第二测试信号输入端V_{n_test}分别输入第一测试输入信号和第二测试输入信号，这里第一测试输入信号和第二测试输入信号仍然用V_{p_test}和V_{n_test}表示，其中：

，

，

其中V_thp为第一晶体管PM1的阈值电压，V_thn为第三晶体管NM1的阈值电压。

这样，会产生相应的漏电流I₂和I₁：

，

，

其中为第一晶体管PM1的宽长比，为第三晶体管NM1的宽长比，为第一晶体管PM1的迁移率，为第三晶体管NM1的迁移率，为单位面积的栅氧化层电容。

通过改变第一测试输入信号V_{p_test}和第二测试输入信号V_{n_test}之间的比例关系，就可以改变检测电路10的测试信号（例如，输出电流I_out），从而影响读出电路的输出，以检测电路。

信号依次流过测试电路20、检测电路10、积分电路30和采样保持电路40，最终输出。

本发明的实施例的电路的工作可以分为以下三种情况：

当时，I₂>I₁，I_out= I₂- I₁>0，测试电路通过积分电路30对积分电容进行充电，从而使积分电路30的输出电压降低，该输出电压通过采样保持电路后输出。

当时，I₂<I₁，I_out= I₂- I₁<0，测试电路通过积分电路30从积分电容抽取电荷，使积分电容放电，从而使积分电路30的输出电压升高，该输出电压通过采样保持电路后输出。

当时，I₂=I₁，I_out= 0，测试电路内部电流达到平衡，积分电容既不充电也不放电，从而使积分电路30的输出保持不变，该输出电压通过采样保持电路后输出。

在制作敏感像元之后，只需使测试电压V_{n_test}和V_{p_test}分别满足V_{n_test}<V_thn、，则第一晶体管PM1和第三晶体管NM1无法导通，敏感像元R_b、R_s正常工作。信号依次流过探测电路10、积分电路30和采样保持电路40，最终输出。

图2是本发明一个实施例的检测电路在进行测试时的过程描述示意图。

假设当在V_{p_test} =V_p0、V_{n_test} =V_n0时，I₂=I₁。

如图2 所示，在0~ T时段，V_{n_test}=0.4V_n0、V_{p_test}=V_p0此时满足，I₂>I₁，I_out= I₂- I₁>0，测试电路通过积分电路30对积分电容进行充电，从而使积分电路30的输出电压逐渐减小，此时，采样保持电路40处在复位状态，采样输出V_sample为复位值。

在T~ 2T时段，V_{n_test}=1.8V_n0、V_{p_test}=V_p0，此时满足 ，I₂<I₁，I_out= I₂- I₁<0，测试电路通过积分电路30从积分电容抽取电荷，使积分电容放电，从而使积分电路30的输出电压逐渐升高，采样保持电路40的输出为低电平。

在2T~3T时段，V_{p_test} =V_p0、V_{n_test} =V_n0，此时恰好满足，，I₂=I₁，I_out= I₂- I₁=0，测试电路内部电流达到平衡，积分电容既不充电也不放电，从而使积分电路30的输出保持不变，采样保持电路40的输出为高电平。

在3T~ 4T时段，V_{n_test}和V_{p_test}复位，采样保持电路40进行采样，由于在2T~3T积分电路30既不充电也不放电，故采样保持电路40为复位值。

本发明的实施例中，测试电路可以是直接接受外接模拟电平，也可以是接收外部数字信号在由内部数模转换器（DAC）产生所需模拟电平，或是其它任何满足需求的电路。

本发明的实施例中，检测电路可以在红外焦平面阵列制作敏感像元之前对读出电路进行检测，筛选出不合格的电路，节省红外焦平面阵列的制作成本。在制作敏感像元后正常工作时，又可以保证测试输入端（即单位增益运算放大器的第二同相输入端）不影响单位增益运算放大器的正常工作，即不会带来性能上的衰减。

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 (3)

1.一种红外焦平面读出电路的检测电路，其特征在于，包括：

测试电路（20），所述测试电路（20）用于接收至少一个测试输入信号；

检测电路（10），所述检测电路（10）连接到所述测试电路（20），用于检测敏感像元的信号，以及用于接收所述至少一个测试输入信号并生成测试信号；

积分电路（30），所述积分电路（30）连接到所述检测电路（10）并用于对所述测试信号进行积分，获得积分信号；

采样保持电路（40），所述采样保持电路（40）连接到所述积分电路（30），用于接收所述积分信号并将所述积分信号采样并作为测试输出信号输出；

所述测试电路包括第一晶体管（PM1）和第三晶体管（NM1），所述第一晶体管（PM1）的源极连接到模拟电源（AVDD），所述第一晶体管（PM1）的漏极连接到所述检测电路（10），所述第一晶体管（PM1）的栅极连接到第一测试信号输入端（V_{p_test}）；所述第三晶体管（NM1）的源极接地，所述第三晶体管（NM1）的漏极连接到所述检测电路（10），所述第三晶体管（NM1）的栅极连接到第二测试信号输入端（V_{n_test}）；

所述检测电路（10）包括第二晶体管（PM2）、第四晶体管（NM2）和第五晶体管（NM3），其中：

所述第二晶体管（PM2）的栅极连接到第一偏置电压（V_pbias），所述第二晶体管（PM2）的源极连接到所述第一晶体管（PM1）的漏极，第二晶体管（PM2）的漏极连接到所述第四晶体管（NM2）的漏极并且连接到所述积分电路（30）；

所述第四晶体管（NM2）的栅极连接到第二偏置电压（V_nbias），所述第四晶体管（NM2）的源极连接到所述第五晶体管（NM3）的漏极；

所述第五晶体管（NM3）的栅极连接到行选信号输入端（Row_sel），所述第五晶体管（NM3）的源极连接到所述第三晶体管（NM1）的漏极。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于：所述第二晶体管（PM2）的源极还连接到第一敏感像元（R_b）。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于：所述第五晶体管（NM3）的源极还连接到第二敏感像元（R_s）。