CN105337491A

CN105337491A - 一种红外焦平面阵列探测器的电荷泵电路

Info

Publication number: CN105337491A
Application number: CN201510565283.9A
Authority: CN
Inventors: 周云; 胡博; 车凯; 顾志冰; 吕坚; 谢法彪; 阙隆成
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2016-02-17

Abstract

本发明实施例公开了一种红外焦平面阵列探测器的电荷泵电路，包括：振荡电路，用于产生稳定的时钟信号；两相非重叠控制信号产生电路，基于时钟信号产生反相并且不相互重叠的两个控制信号A和B；电荷泵单元电路，在两个控制信号A和B的控制下使输出电压为电荷泵单元电路的电源电压与两相非重叠控制信号产生电路的电源电压之和。本发明的实施例的电荷泵电路结构简单，并且实现了在一定范围内输出电压的任意增加，突破了一般电荷泵结构只能实现倍增电压的局限性。

Description

一种红外焦平面阵列探测器的电荷泵电路

技术领域

本发明涉及非制冷红外焦平面阵列探测器技术领域，尤其是涉及一种红外焦平面阵列探测器的电荷泵电路。

背景技术

非制冷型红外热像仪自上世纪90年代进入市场后得到了迅速的发展。和制冷型红外热像仪相比，非制冷型红外热像仪具有一些突出的优点：不需要制冷、成本低、功耗小、重量轻、小型化、启动快、使用方便、灵活、消费比高。由于这些优点，非制冷红外成像技术已经在安全保卫、军事防御等多个领域有着广泛而重要的应用。

红外焦平面阵列是获取景物红外辐射信息的重要光电器件，而读出电路是其关键部件，良好的读出电路电路性能在红外焦平面中发挥着重要的作用。目前，已经研发出了红外读出的相关芯片。由于红外芯片需要不同的电压给其供电，因此在实际的应用中需要用电荷泵获得相关的电压。

电荷泵电路是一种对输入电压进行升压或反相升压的电路。其原理是通过一定的开关控制将电源提供的电荷搬运到容性负载上，进而使输出达到设定的电压水平。外置正负倍压电荷泵电路是红外读出电路供电芯片的重要组成单元，其作用主要是产生绝对值比较高的正负电压作为偏置，电荷泵性能的好坏影响到读出电路的结果。但是，现有的电荷泵电路通常只能实现电压的倍增，而不能实现输出电压的任意增加。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够实现在一定范围内输出电压的任意增加、结构简单、输出电压变化范围大的红外焦平面阵列探测器的电荷泵电路。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种红外焦平面阵列探测器的电荷泵电路，包括：

振荡电路10，所述振荡电路10用于产生稳定的时钟信号clk；

两相非重叠控制信号产生电路20，所述两相非重叠控制信号产生电路20接收所述振荡电路10产生的时钟信号clk，并基于所述时钟信号clk产生第一控制信号A和第二控制信号B，其中所述第一控制信号A与所述第二控制信号B反相并且不相互重叠；

电荷泵单元电路30，所述电荷泵单元电路30接收所述第一控制信号A和所述第二控制信号B，并在所述第一控制信号A和所述第二控制信号B控制下使所述电荷泵单元电路30的输出电压为所述电荷泵单元电路30的电源电压V_IN与所述两相非重叠控制信号产生电路20的电源电压VDD之和。

本发明的一些实施例中，所述电荷泵单元电路30包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第一场效应管NM1、第二场效应管NM2、第三场效应管PM1和第四场效应管PM2，其中：

所述第一控制信号A输入到所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端连接到所述第一电容C1的负极；

所述第一电容C1的正极连接到所述第一场效应管NM1的源极、所述第二场效应管NM2的栅极和所述第四场效应管PM2的源极；

所述第一场效应管NM1的漏极连接到所述电荷泵单元电路30的电源电压V_IN；

所述第二控制信号B输入到所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接到所述第二电容C2的负极；

所述第二电容C2的正极连接到所述第一场效应管NM1的栅极、所述第二场效应管NM2的源极和所述第三场效应管PM1的源极；

所述第二场效应管NM2的漏极连接到所述电荷泵单元电路30的电源电压V_IN；

所述第三场效应管PM1的栅极连接到所述第二场效应管NM2的栅极，所述第四场效应管PM2的栅极连接到所述第一场效应管NM1的栅极；

所述第三场效应管PM1的漏极连接到所述第四场效应管PM2的漏极并且连接到所述电荷泵单元电路30的输出端V_OUT。

本发明的一些实施例中，所述电荷泵单元电路30还包括第三电容C3，所述第三电容C3的负极接地，正极连接到所述第三场效应管PM1的漏极。

本发明的实施例的电荷泵电路结构简单，实现了输出电压高于电源电压，并且输出电压的变化范围很大，仅仅用一些简单的数字电路就实现了电路功能。并且实现了在一定范围内输出电压的任意增加，突破了一般电荷泵结构只能实现倍增电压的局限性。

附图说明

图1是本发明一个实施例的红外焦平面阵列探测器的电荷泵电路的框图结构示意图。

图2是本发明一个实施例的电荷泵单元电路的结构示意图。

图3是本发明一个实施例的两相非重叠控制信号产生电路的电路结构示意图。

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阵列探测器的电荷泵电路的具体结构。

如图1所示，本发明的一个实施例中，一种红外焦平面阵列探测器的电荷泵电路包括振荡电路10、两相非重叠控制信号产生电路20和电荷泵单元电路30。

振荡电路10包括使能端和时钟信号输出端，用于产生频率稳定的时钟信号clk，始时钟信号clk可以通过时钟信号输出端输送到两相非重叠控制信号产生电路20以供其使用。使能信号EN从使能端输入振荡电路10。例如，当使能信号EN有效（例如，EN为高电平或者低电平，等等）时，振荡电路10正常工作，输出时钟信号clk。

本发明的实施例中，振荡电路10的具体结构可以使用本领域内常用的振荡电路的结构，在此不再详述。

两相非重叠控制信号产生电路20包括时钟信号输入端、电源输入端、第一输出端和第二输出端。两相非重叠控制信号产生电路20通过时钟信号输入端接收振荡电路10产生的时钟信号clk，并基于时钟信号clk产生第一控制信号A和第二控制信号B。第一控制信号A从第一输出端输出，第二控制信号B从第二输出端输出。其中，两相非重叠控制信号产生电路20产生的该第一控制信号A与第二控制信号B反相，而且，该第一控制信号A与第二控制信号B不相互重叠。例如，当第一控制信号A的下降沿到来后，第二控制信号B才由低变为高（即，由低电平变为高电平）；同样地，当第二控制信号B的下降沿到来后，第一控制信号A才会由低变为高（即，由低电平变为高电平），等等。

此外，两相非重叠控制信号产生电路20通过电源输入端连接到两相非重叠控制信号产生电路20的电源电压VDD。即，两相非重叠控制信号产生电路20的电源电压为VDD。因此，两相非重叠控制信号产生电路20输出的第一控制信号A和第二控制信号B为高电平时，其电平值即为两相非重叠控制信号产生电路20的电源电压为VDD。

本发明的一些实施例中，两相非重叠控制信号产生电路20的具体结构可以使用本领域内常用的两相非重叠控制信号产生电路的结构。例如，一些实施例中，两相非重叠控制信号产生电路20的电路结构示意图如图3所示，其包括两个支路，每个支路分别输出第一控制信号或第二控制信号。该电路再次不再进一步地详述。

电荷泵单元电路30包括三个输入端和一个输出端。该三个输入端分别连接到两相非重叠控制信号产生电路20的第一输出端、两相非重叠控制信号产生电路20的第二输出端和电荷泵单元电路的电源电压V_IN。输出端输出该电荷泵单元电路30的输出电压V_OUT。

电荷泵单元电路30接收第一控制信号A和第二控制信号B，并在第一控制信号A和第二控制信号B控制下使电荷泵单元电路30的输出电压抬高。例如，一些实施例中，使电荷泵单元电路30的输出电压为电荷泵单元电路30的电源电压V_IN与两相非重叠控制信号产生电路20的电源电压VDD之和。

如图2所示，一些实施例中，电荷泵单元电路30可以包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第一场效应管NM1、第二场效应管NM2、第三场效应管PM1和第四场效应管PM2。

第一控制信号A输入到第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接到第一电容C1的负极。第一电容C1的正极连接到第一场效应管NM1的源极、第二场效应管NM2的栅极和第四场效应管PM2的源极。第一场效应管NM1的漏极连接到电荷泵单元电路30的电源电压V_IN。

第二控制信号B输入到第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接到第二电容C2的负极。第二电容C2的正极连接到第一场效应管NM1的栅极、第二场效应管NM2的源极和第三场效应管PM1的源极。第二场效应管NM2的漏极连接到电荷泵单元电路30的电源电压V_IN。

第三场效应管PM1的栅极连接到第二场效应管NM2的栅极，第四场效应管PM2的栅极连接到第一场效应管NM1的栅极。第三场效应管PM1的漏极连接到第四场效应管PM2的漏极并且连接到电荷泵单元电路30的输出端V_OUT。

一些实施例中，电荷泵单元电路30还可以包括第三电容C3，该第三电容C3的负极接地，正极连接到第三场效应管PM1的漏极，即连接到电荷泵单元电路30的输出端V_OUT。这些实施例中，第三电容C3起到稳定输出电压V_OUT的作用，使输出电压V_OUT的纹波减小。

下面简要说明本发明实施例的电路的工作原理。

例如，图2所示的实施例中，当第一控制信号A为低电平时，第二控制信号B为高电平，aa为高电平，NM1管导通，电容C1充电且C1两端电位为V_IN；当B由高变为低后，A才会由低变为高，即NM1管先关断后，A才变为高电平（由前文所述，A和B的高电平等于两相非重叠控制信号产生电路20的电源电压VDD），由于电容C1两端电位不能突变，bb点电位被抬高至V_IN电压值加上VDD电压值，此时aa为V_IN电压值，PM2管导通，V_OUT为bb点的电位（即V_IN+VDD）；同理，当A由高变低后，bb点电位降至V_IN，NM2截止，B信号由低变为高，电容C2两端电位不能突变，aa点电位被抬高，PM1管导通，V_OUT为aa点的电位值（即V_IN+VDD）。所以，V_OUT交替输出aa点的高电位与bb点的高电位，使其输出一直稳定在V_IN加上V_DD这样一个高电位上，实现了电位的抬升。

PM1、PM2可以传输高电平至输出端，电容C3可以稳定输出端的电压值，使输出电压更加稳定以便其他模块使用。

通过改变两相非重叠控制信号产生电路20的电源电压VDD或者电荷泵的电源电压V_IN，可以使电荷泵的输出电压V_OUT为想要的电压输出，因此，可以大大地提高电荷泵的输出电压的变化范围。

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

1.一种红外焦平面阵列探测器的电荷泵电路，其特征在于，包括：

振荡电路（10），所述振荡电路（10）用于产生稳定的时钟信号（clk）；

两相非重叠控制信号产生电路（20），所述两相非重叠控制信号产生电路（20）接收所述振荡电路（10）产生的时钟信号（clk），并基于所述时钟信号（clk）产生第一控制信号（A）和第二控制信号（B），其中所述第一控制信号（A）与所述第二控制信号（B）反相并且不相互重叠；

电荷泵单元电路（30），所述电荷泵单元电路（30）接收所述第一控制信号（A）和所述第二控制信号（B），并在所述第一控制信号（A）和所述第二控制信号（B）控制下使所述电荷泵单元电路（30）的输出电压为所述电荷泵单元电路（30）的电源电压（V_IN）与所述两相非重叠控制信号产生电路（20）的电源电压（VDD）之和。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电荷泵单元电路（30）包括第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第一场效应管（NM1）、第二场效应管（NM2）、第三场效应管（PM1）和第四场效应管（PM2），其中：

所述第一控制信号（A）输入到所述第一电阻（R1）的一端，所述第一电阻（R1）的另一端连接到所述第一电容（C1）的负极；

所述第一电容（C1）的正极连接到所述第一场效应管（NM1）的源极、所述第二场效应管（NM2）的栅极和所述第四场效应管（PM2）的源极；

所述第一场效应管（NM1）的漏极连接到所述电荷泵单元电路（30）的电源电压（V_IN）；

所述第二控制信号（B）输入到所述第二电阻（R2）的一端，所述第二电阻（R2）的另一端连接到所述第二电容（C2）的负极；

所述第二电容（C2）的正极连接到所述第一场效应管（NM1）的栅极、所述第二场效应管（NM2）的源极和所述第三场效应管（PM1）的源极；

所述第二场效应管（NM2）的漏极连接到所述电荷泵单元电路（30）的电源电压（V_IN）；

所述第三场效应管（PM1）的栅极连接到所述第二场效应管（NM2）的栅极，所述第四场效应管（PM2）的栅极连接到所述第一场效应管（NM1）的栅极；

所述第三场效应管（PM1）的漏极连接到所述第四场效应管（PM2）的漏极并且连接到所述电荷泵单元电路（30）的输出端（V_OUT）。

3.如权利要求1或者2所述的电路，其特征在于，所述电荷泵单元电路（30）还包括第三电容（C3），所述第三电容（C3）的负极接地，正极连接到所述第三场效应管（PM1）的漏极。