CN106768388A - 非制冷红外焦平面阵列低噪声选通电路 - Google Patents
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Abstract
本发明名为非制冷红外焦平面阵列低噪声选通电路，涉及热成像的红外传感领域；该电路包括：复用接触孔、复用接触孔的微测辐射热计单元、时序控制开关；对某一微测辐射热计单元进行信息读出时，微测辐射热计单元两端的开关闭合，则在微测辐射热计单元上形成从读出电路ROIC到参考电平VCOM的信号通路；本发明中将传统的微测辐射热计单元中两个独立的接触孔进行复用，节约了接触孔占用的阵列面积，从而可以在相同的面积下得到更多的微测辐射热计单元，提高电路性能，通过时序控制，减少微测辐射热计单元的悬空端，从而有效减轻容性负载和寄生电容引起的微测辐射热计阵列性能下降；本发明进一步简化了开关和时序，减小开关引入的噪声。
Description
技术领域
本发明涉及微测辐射热计阵列的读出，该方法适用于红外传感领域，更进一步说是热成像的红外传感领域，主要用于非制冷红外焦平面阵列的读出。
背景技术
非制冷红外焦平面阵列是红外成像技术中获取红外图像信号的核心光电器件，是一种高性能的红外固体图像传感器。红外成像技术在军事、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。
焦平面探测器的焦平面以感光元件为基本单元，红外光辐射在焦平面的感光元件上，探测器将接受到辐射后，信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过多路传输系统及输出缓冲，最终送达成像系统形成图像。
微测辐射热计探测器是应用最广泛的一种红外焦平面阵列，它是一种热敏电阻性探测器。微测辐射热计焦平面阵列是利用微机械加工技术在硅读出电路上制作绝热结构，并在其上面形成作为探测器单元的微测辐射热计单元，实现单片结构。微测辐射热计焦平面阵列作为第二代非制冷焦平面技术的佼佼者，以它为核心制作的非制冷红外成像系统与制冷红外成像系统相比具有体积小、功耗低的优点，并使系统的性价比大幅提高，极大地促进了红外成像系统在许多领域中的应用。
传统微测辐射热计单元由两个独立的接触孔组成，此接触孔并不与阵列中相邻的微测辐射热计单元共用。微测辐射热计单元的一个接触孔用以连接读出电路(ROIC)，另外一个连接至参考电平(VCOM)，两者共同形成了一个信号通路。但是随着CMOS工艺的特征尺寸的不断缩小，两个独立的接触孔占用了大量的面积；为了解决这一问题，优化电路，本发明将微测辐射热计阵列中相邻行单元复用同一个接触孔，节约了接触孔占用的阵列面积，同时，每个接触孔只有一个连接至读出电路ROIC的开关，或者一个连接至参考电平VCOM的开关，从而可以在相同的面积下得到更多的微测辐射热计单元，进一步提高电路性能，降低噪声。
技术内容
技术目的： 提供一种新型的非制冷红外焦平面阵列低噪声选通电路，将传统的微测辐射热计单元中两个独立的接触孔进行复用，节约了接触孔占用的阵列面积，从而可以在相同的面积下得到更多的微测辐射热计单元，提高电路性能；同时，本发明中连接至复用接触孔的开关可以通过时序控制，对其进行处理，可有效减轻容性负载和寄生电容引起的微测辐射热计阵列性能下降；本发明进一步简化开关和时序，减小开关引入的噪声。
技术方案： 本发明电路中包括复用接触孔，微测辐射热计单元和时序控制开关；相邻的微测辐射热计单元复用接触孔。对某一微测辐射热计单元进行信息读出时，该微测辐射热计单元两端的开关闭合，在该微测辐射热计单元上形成从读出电路ROIC到参考电平VCOM的信号通路。本发明不仅将同一个接触孔复用，节约了接触孔占用的阵列面积，同时还简化了开关，减小开关引入的噪声，提高性能。
同时，每个微测辐射热计单元的信号通路的方向是固定的。对于某一行微测辐射热计单元，其信号通路的方向可以通过闭合该微测辐射热计单元的复用接触孔连接至读出电路ROIC的开关和闭合该微测辐射热计单元的复用接触孔连接至参考电平VCOM的开关，使得该微测辐射热计单元上的信号流向为：从该微测辐射热计单元连接至读出电路ROIC的复用接触孔端流向该微测辐射热计单元连接至参考电平VCOM的复用接触孔端。
有益效果：本发明可以有效地减小独立的接触孔占用的大量面积，使得相同数量的微测辐射热计阵列的电路面积大大减小，这样，可以在相同的面积下得到更多的微测辐射热计单元。在实际应用中，结果可以更精确。对复用接触孔端的开关进行相关处理，可有效减轻容性负载和寄生电容引起的微测辐射热计阵列性能下降。同时，本发明还简化了开关，减小了开关引入的噪声，进一步提高电路性能。
附图说明：
图1为本发明的电路具体实施例；
图2为本发明的具体实施例的时序图505；
图3为本发明的具体实施例的时序图506。
具体实施方式
本发明的电路具体实施例如图1所示，该电路包括：微测辐射热计单元202，复用接触孔203，连接复用接触孔的时序控制开关201，其中，n表示微测辐射热计阵列的行数。
相邻的微测辐射热计单元复用接触孔，202(1)和202(2)复用203(1)，202(2)和202(3)复用203(2)，202(3)和202(4)复用203(3)，以此类推，203(0)和203(n)分别为阵列起点和终点处单独的接触孔。对某一微测辐射热计单元进行信息读出时，该微测辐射热计单元两端的开关闭合，在该微测辐射热计单元上形成从读出电路ROIC到参考电平VCOM的信号通路，即：闭合开关201(3)和201(4)，则在微测辐射热计单元202(4)上形成从ROIC到VCOM的信号通路。
信号流向是固定的，以微测辐射热计单元202(3)为例，闭合开关201(3)和开关201(2)，则在202(3)上形成由复用接触孔203(3)到203(2)的信号通路。
如果微测辐射热计单元202(5)没有被选通，则根据正在被选通行的开关设置，或者将201(5)短接至读出电路ROIC，或者将201(4)短接至参考电平VCOM，可有效减轻容性负载和寄生电容引起的微测辐射热计阵列性能下降。
本发明的具体实施例的时序图如图2和图3所示。
对于时序图505所示时序，从微测辐射热计单元202(1)依次到202(n)读出，其他没有被选通的微测辐射热计单元让其悬空，则201(0)~201(n)的时序图如505所示：第一行对202(1)读出，201(0)和201(1)闭合，201(2)~201(n)全部断开；第二行对202(2)读出，201(1)和201(2)闭合，201(0)和201(3)~201(n)全部断开；第三行对202(3)读出，201(2)和201(3)闭合，201(0)、201(1)和201(4)~201(n)全部断开；以此类推，直至第n行对202(n)读出，201(n-1)和201(n)闭合，201(0)~201(n-2)全部断开。其中，所有信号非交叠。
对于时序图506所示时序，从微测辐射热计单元202(1)依次到202(n)读出，对于没有被选通的微测辐射热计单元，开关(201)或将相邻两个微测辐射热计单元短路到读出电路ROIC，或将其短路到参考电平VCOM，则201(0)~201(n)的时序图如506所示：第一行对202(1)读出，201(0)和201(1)闭合，201(3)、201(5)……201(n-1)闭合，201(2)、201(4)……201(n)断开；第二行对202(2)读出，201(1)和201(2)闭合，201(4)、201(6)……201(n-2)、201(n)闭合，201(0)、201(3)、201(5)……201(n-3)、201(n-1)断开；以此类推，第n-1行对202(n-1)读出，201(n-2)和201(n-1)闭合，201(0)、201(2)、201(4)……201(n-4)、201(n-2)闭合，201(1)、201(3)、201(5)……201(n-5)、201(n-3)断开，201(n)断开；第n行对202(n)读出，201(n-1)和201(n)闭合，201(1)、201(3)、201(5)……201(n-5)、201(n-3)闭合，201(0)、201(2)、201(4)……201(n-4)、201(n-2)断开。其中，所有信号非交叠。
Claims (5)
1.本发明公布了一种微测辐射热计阵列的低噪声选通电路，该电路包括三个部分：复用接触孔、复用接触孔的微测辐射热计单元、微测辐射热计单元两端的开关；本电路中连接至复用接触孔的开关可以通过时序控制，微测辐射热计单元的信号流向固定。
2.如权利要求1所述的微测辐射热计阵列的选通电路，其特征在于：相邻的微测辐射热计单元复用接触孔，通过闭合微测辐射热计单元两端的开关，在微测辐射热计单元上形成从读出电路ROIC到参考电平VCOM的信号通路。
3.如权利要求1所述的微测辐射热计单元的信号通路的方向固定，其特征在于：对于某一行微测辐射热计单元，其信号通路的方向可以通过闭合该微测辐射热计单元的复用接触孔连接至读出电路ROIC的开关和闭合该微测辐射热计单元的复用接触孔连接至参考电平VCOM的开关，使得该微测辐射热计单元上的信号流向为：从该微测辐射热计单元连接至读出电路ROIC的复用接触孔端流向该微测辐射热计单元连接至参考电平VCOM的复用接触孔端。
4.如权利要求1所述的微测辐射热计阵列的选通电路，其特征在于：从阵列中首行的微测辐射热计单元往阵列中末行的微测辐射热计单元方向读出和从阵列中末行的微测辐射热计单元往阵列中首行的微测辐射热计单元读出均能实现；也可以实现对阵列中选定区域行的读出。
5.如权利要求1所述的微测辐射热计阵列的选通电路，其特征在于：复用接触孔端的开关可以通过时序控制，将没有被选通的微测辐射热计单元的悬空端，或短路至读出电路ROIC，或短路至参考电平VCOM，可有效减轻容性负载和寄生电容引起的微测辐射热计阵列性能下降。
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|---|---|---|---|---|
| CN111713098A (zh) * | 2017-12-29 | 2020-09-25 | 菲力尔系统公司 | 用于同时读出的多个微测辐射热计选择 |
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| US7679048B1 (en) * | 2008-04-18 | 2010-03-16 | Flir Systems, Inc. | Systems and methods for selecting microbolometers within microbolometer focal plane arrays |
| CN101949737A (zh) * | 2010-08-20 | 2011-01-19 | 电子科技大学 | 一种红外焦平面阵列的行选通电路 |
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