CN110296761B - 一种读出电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种读出电路，涉及非制冷红外探测器领域；其中，读出电路至少包括像素电路、差分电流产生电路、列读出电路、镜像偏置电路、温漂校正电路、行选产生电路和读出模式控制电路；像素电路、差分电流产生电路、镜像偏置电路及温漂校正电路均与列读出电路连接；像素电路还与差分电流产生电路、行选产生电路连接；读出模式控制电路与行选产生电路、列读出电路连接；像素电路包括测辐射热计传感子电路和像素级衬底温度传感子电路。采用本发明的读出电路不仅能感测衬底温度，节省电路使用面积，还大大提高了数据读出精度、温漂校正的精度和准确度，噪声贡献小。

Description

一种读出电路

技术领域

本发明涉及非制冷红外探测器领域，具体涉及一种读出电路。

背景技术

非制冷红外热成像传感器是一种针对物体辐射的长波红外进行成像的图像传感器，目前主流的传感器件是基于氧化钒或非晶硅热敏材料的MEMS微测辐射热计。微测辐射热计传感器接收红外辐射，并将辐射能量转换为传感器的温度变化，并进一步转换为热敏电阻的阻值变化，从而被读出电路读出，获得对应的目标温度信息。由于微测辐射热计传感器是一种热传感器，其自身温度由外部辐射、衬底温度及自加热效应共同决定；但只有外部辐射是有效的需要读出的信号，因此，补偿或抑制其他温度效应的影响是必须解决的核心技术问题。

挡片校正是最常见的校正图像非均匀性的方法。通过近似均匀温度的挡片遮挡传感器，可以获得输出的失调图像；将实际图像减除失调图像，即可以获得无固定模式噪声的图像。然而，单纯使用挡片并不能完全抑制固定模式噪声，这是因为当环境温度变化时，衬底温度会发生漂移，同时传感器阵列的不同像元的温度系数并不一致，从而产生了温漂固定噪声。

为了抑制温漂固定噪声，传统的方法是使用半导体制冷器稳定衬底温度，然后半导体制冷器会消耗较大功耗，并且增加系统的成本、体积及重量。当前，无半导体制冷器的红外热成像传感器正逐渐成为主流的传感器类型，无半导体制冷器的红外热成像传感器通常采用温漂标定及数字校正的方法，实现低温漂噪声的图像输出。

温漂标定及数字校正是指在不同的衬底温度下，测试得到传感器像元阵列的输出温漂，并记录得到温漂与衬底温度的拟合参数表，而在实际工作过程中，根据拟合参数表及衬底温度实测结果，获得图像温漂噪声，并在数字处理端予以校正的过程。该方法目前面临两个主要问题：一是温漂标定校正存在拟合曲线复杂、校正结果不稳定等问题；其核心原因在于测试得到的衬底温度与传感器热敏电阻的实际温度存在空间和时间域差异，影响了温漂拟合的有效性。二是虽然数字域的温漂校正可以获得温漂的补偿，当温度变化剧烈时，输出温漂可能会导致传感器输出上下饱和，影响成像的动态范围。

因此，设计一种既能实现精确感知衬底温度，又能进行温漂标定及校正、同时还能大大提高校正的精度及准度的读出电路迫在眉睫。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种读出电路。

本申请的实施例的提供了一种读出电路，所述读出电路至少包括像素电路、差分电流产生电路、列读出电路、镜像偏置电路、温漂校正电路、行选产生电路和读出模式控制电路；

所述像素电路、所述差分电流产生电路、所述镜像偏置电路及所述温漂校正电路均与所述列读出电路连接；所述像素电路还与所述差分电流产生电路、所述行选产生电路连接；所述读出模式控制电路与所述行选产生电路、所述列读出电路连接；

其中，所述像素电路包括测辐射热计传感子电路和像素级衬底温度传感子电路。

在一些实施例中，所述测辐射热计传感子电路与所述差分电流产生电路连接；所述像素级衬底温度传感子电路与所述列读出电路连接。

在一些实施例中，所述像素级衬底温度传感子电路包括第一三极管和行选开关；当所述像素级衬底温度传感子电路被所述列读出电路读出时，所述三极管的发射极通过所述行选开关连接到所述列读出电路中；所述三极管的发射极-基极电压为随衬底温度变化的负温度系数电压。

在一些实施例中，所述列读出电路至少包括第一晶体管、第三低温度系数电阻、跨阻放大器子电路、电压积分器子电路、模数转换子电路、第一数据选择器和第二数据选择器；

所述像素级衬底温度传感子电路分别与所述第一晶体管的漏极、所述第一数据选择器连接；所述跨阻放大器子电路分别与所述差分电流产生电路、所述第一数据选择器、所述电压积分器子电路及所述温漂校正电路连接；所述第二数据选择器还与所述镜像偏置电路、所述电压积分器子电路连接；所述电压积分器子电路还与所述模数转换子电路连接；所述第三低温度系数电阻的两端分别连接电源、所述第一晶体管的源极。

在一些实施例中，当所述列读出电路控制所述第一数据选择器将所述列读出电路的总电压输入至跨阻放大器子电路时，所述跨阻放大器子电路输出第一电压至所述电压积分器子电路，所述第二数据选择器输出第二电压至所述电压积分器子电路；

所述电压积分器子电路将所述第一电压和所述第二电压做差并将得到的电压差进行积分处理，输出积分值；所述模数转换子电路对所述积分值进行模数转换后，输出所述积分值对应的数字码值。

在一些实施例中，所述镜像偏置电路包括镜像偏置子电路和全局模数转换子电路；

所述镜像偏置子电路包括基准电流源、第一低温度系数电阻、第二低温度系数电阻、第一运算放大器、第二晶体管及第二三极管；所述第一低温度系数电阻的第一端和所述第二低温度系数电阻的第一端均接电源；所述第一低温度系数电阻的第二端与所述基准电流源、所述第一运算放大器的正输入端连接；所述第二低温度系数电阻的第二端与所述第二晶体管的源极、所述第一运算放大器的负输入端连接；所述第二晶体管的栅极与所述第一运算放大器的输出端、所述列读出电路连接；所述第二三极管的发射极与所述第二晶体管的漏极连接；所述第二三极管的基极、集电极均接地；

所述全局模数转换子电路包括所述第二运算放大器和全局模数转换器；所述第二运算放大器的正输入端与所述第二晶体管的漏极连接；所述第二运算放大器的负输入端与输出端连接；所述第二运算放大器的输出端与所述全局模数转换器、所述列读出电路连接。

在一些实施例中，所述镜像偏置电路生成第一偏置电流；所述第一偏置电流与所述像素级衬底温度传感子电路产生的第二偏置电流相同。

在一些实施例中，所述温漂校正电路包括温漂补偿偏压总线产生子电路和模拟多路器子电路；所述温漂补偿偏压总线产生子电路与所述模拟多路器子电路、所述列读出电路连接；所述模拟多路器子电路与所述列读出电路连接；其中，所述温漂补偿偏压总线产生子电路生成含有不同温漂系数的模拟偏压总线和无温漂系数的第三偏置电压。

在一些实施例中，所述温漂补偿偏压总线产生子电路包括第三运算放大器、第四运算放大器、第五运算放大器、第一可调电阻、第二可调电阻、第一电阻串、第二电阻串、第一电流源和第二电流源；

所述第一电流源的第一端、所述第二电流源的第二端分别连接所述第一可调电阻的第二端、所述第二可调电阻的第一端；所述第四运算放大器的正输入端、负输入端、输出端分别与所述第一可调电阻的第二端、所述第四运算放大器的输出端、所述第一电阻串的第二端连接；所述第五运算放大器的正输入端、负输入端、输出端分别与所述第二可调电阻的第一端、所述第五运算放大器的输出端、所述第二电阻串的第一端连接；所述第一电阻串的第一端与所述第二电阻串的第二端连接；所述第三运算放大器的正输入端、负输入端、输出端分别与基准电压、所述第三运算放大器的输出端、所述第一可调电阻的第一端连接；所述第一可调电阻的第一端还与所述第一电阻串的第一端连接。

在一些实施例中，将固定偏压输入至所述第三运算放大器时，所述第三运算放大器经处理后输出所述第三偏置电压，所述第一电流源产生的电流流经所述第一可调电阻和所述第四运算放大器后，所述第四运算放大器输出第二偏置电压，所述第二电流源产生的电流流经所述第二可调电阻和所述第五运算放大器后，所述第五运算放大器输出第四偏置电压；所述第二偏置电压和所述第四偏置电压分别通过所述第一电阻串和所述第二电阻串进行分压，生成含有不同温漂系数的模拟偏压总线。

在一些实施例中，所述读出模式控制电路用于控制所述行选产生电路产生行选信号；所述像素电路在所述行选产生电路产生的行选信号的控制下，分时改变所述列读出电路的读出模式完成像素电路中的数据读出。

在一些实施例中，所述列读出电路的读出模式包括：第一读出模式和第二读出模式；

所述第一读出模式，具体为读出所述测辐射热计传感子电路的第一电信号；所述第二读出模式，具体为读出所述像素级衬底温度传感子电路的第二电信号。

本发明的有益效果为：本发明的像素电路内除了包含像素级衬底温度传感子电路外，还增加了像素级衬底温度传感子电路，用于感测衬底温度；两个温度传感子电路共享一列读出电路，大大节省了电路使用面积；而且基于镜像偏置电路和温漂校正电路，不仅提高了数据读出精度，还大大提高了温漂校正的精度和准确度，噪声贡献小。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一些实施例所示的传统的像素级的片上温漂校正电路示意图；

图2是本申请一些实施例所示的一种读出电路结构示意框图；

图3是本申请一些实施例所示的一种像素电路的连接示意图；

图4是本申请一些实施例所示的一种像素电路结构示意图；

图5是本申请一些实施例所示的一种读出电路的示意图；

图6是本申请一些实施例所示的一种时序设计流程图；

图7是本申请一些实施例所示的温漂校正电路示意图；

图8(a)、(b)分别是本申请一些实施例所示的温度与电流关系、温度与电压关系的示意图；

图9是本申请一些实施例所示的一种电流源内部构造电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请的一个实施例中，采用像素级温度传感及像素级片上温漂补偿的方法；前者在像素内实现衬底温度的精确感知，并基于该测温信息进行温漂标定及校正，可以大大提高校正的精度及准度；后者在读出电路内部设置温漂的补偿电路，实现温漂的粗预校正，可以减小传感器输出信号的温漂，降低后端温漂校正的运算压力，避免温漂导致的输出动态范围损失。

需要说明的是，像素级温度传感是一种新型的温度传感技术，需要解决温度信息的高精度低噪声读出及与微测辐射热计传感器信号读出相兼容的问题，即保证读出的温度信息的精度满足后端校正的需求，同时避免温度传感电路及其读出电路影响微测辐射热计传感器读出，降低其额外增加的速度、功耗、面积代价。

如图1所示，为传统的像素级的片上温漂校正电路示意图；通过低电阻温度系数的可调温度补偿电阻与微测辐射热计传感器的热敏电阻串联，从而改变总电阻的温度系数，并通过调整温度补偿电阻的阻值，补偿热敏电阻温度系数的非均匀性，实现温漂的粗校正；该方法的缺点在于：串联电阻会消耗一定的电压降，从而降低传感器的响应率及信噪比；同时串联低温漂电阻调整全局温漂的方法，在环境温度变化较大时效果变差，因为热敏电阻的温度系数与衬底温度的关系是非线性的。

在本申请的实施例中，提出一种读出电路200，如图2所示，至少包括像素电路201、差分电流产生电路202、列读出电路203、镜像偏置电路204、温漂校正电路205、行选产生电路206和读出模式控制电路207；

所述像素电路201、所述差分电流产生电路202、所述镜像偏置电路204及所述温漂校正电路205均与所述列读出电路203连接；所述像素电路201还与所述差分电流产生电路202、所述行选产生电路206连接；所述读出模式控制电路207与所述行选产生电路206、所述列读出电路203连接；

其中，所述像素电路201包括测辐射热计传感子电路2011和像素级衬底温度传感子电路2012。

如图3所示，为一种像素电路的连接示意图；所述像素电路201包括测辐射热计传感子电路2011和像素级衬底温度传感子电路2012。其中，测辐射热计传感子电路2011包括热敏电阻Rsi,j及与其串联的两个相同的开关seli；像素级衬底温度传感子电路2012包括不感光热敏电阻Rsbi,j及与其串联的两个相同的开关selbi；测辐射热计传感子电路2011和像素级衬底温度传感子电路2012均连接在电压Vdet与电压Vroic之间；需要说明的是，两个子电路通过对应的开关选通来决定是否连接同一个列读出电路203，无需设置额外的列读出电路；

进一步地，像素级衬底温度传感子电路2012工作时，像素级衬底温度传感子电路2012中开关selbi控制不感光热敏电阻连接至电压Vdet与电压Vroic两端，其中Vroic连接至列读出电路203；同时断开测辐射热计传感子电路2011的电学连接，即共享列读出电路203完成衬底温度信息的读出。

相应地，为了实现如图3所示的像素电路的功能，如图4所示，本实施例对应给出一种像素电路结构示意图；其中，包括带热敏电阻的桥面301，桥臂302，桥墩303，金属接触304，金属反射层305，绝缘介质层306，不感光热敏电阻307，衬底308，其中金属接触304有四个，两个位于桥墩303的下方，两个位于不感光热敏电阻307的下方；带热敏电阻的桥面301是感光的热敏电阻，感光型的热敏电阻与周围环境作真空处理实现热绝缘，只能通过红外辐射探测热变化，作为测辐射热计传感器；CMOS工艺实现的常用电阻(如多晶硅电阻)，通常单位阻值较低，温度系数不高，直接用作温度传感电阻精度较低且不方便与传感器共享读出电路。采用氧化钒、非晶硅等热敏材料，在微测辐射热计的底部金属反射层下方，加工埋层的不感光热敏电阻307，可以实现与微测辐射热计电阻近似一致的温度系数及阻值，同时不感光热敏电阻307与衬底以较低热阻连接，电路衬底有良好的热学接触，其温度基本等于下方衬底的温度，而与外部辐射无关。

如图5所示，本实施提供了一种读出电路的示意图；包括N行×M列像素电路201，M列列读出电路203及镜像偏置电路204。

具体地，如图5所示，所述N行×M列像素电路201包括测辐射热计传感子电路2011和像素级衬底温度传感子电路2012；所述测辐射热计传感子电路2011包括行选开关RSELi和热敏电阻Rsi，j；所述像素级衬底温度传感子电路2012包括第一三极管BJT和行选开关RSELti；

具体地，所述第一三极管为基于CMOS工艺下双极结型晶体管BJT；当第i行第j列的像素温度传感器被l列级读出电路203读出时，BJTi，j的发射极通过RSELti控制的行选开关连接到列级读出电压总线Vtpj上，其发射极-基极电压为随衬底温度变化的负温度系数电压；基于镜像偏置电路204输出的第一偏置电压Vbias偏置的列读出电路203中的PMOS管MPj及第三低温度系数电阻Rtpj为第一三极管BJTi，j提供第二偏置电流。

如图5所示，所述列读出电路203至少包括第一晶体管MPj、跨阻放大器子电路、电压积分器子电路、模数转换子电路、第一数据选择器MUX0j和第二数据选择器MUX1j；

所述像素级衬底温度传感子电路2012分别与所述第一晶体管MPj的漏极、所述第一数据选择器MUX0j连接；所述跨阻放大器子电路分别与所述差分电流产生电路202、所述第一数据选择器MUX0j、所述电压积分器子电路及所述温漂校正电路205连接；所述第二数据选择器MUX1j还与所述镜像偏置电路204、所述电压积分器子电路连接；所述电压积分器子电路还与所述模数转换子电路连接；所述第三低温度系数电阻Rtpj的两端分别连接电源、所述第一晶体管MPj的源极。

在读像素级衬底温度传感子电路2012中的电压时，将原本用作差分电流跨阻放大的跨阻放大器子电路通过开关及控制时序修改为单位增益缓冲电路，对无驱动能力的列读出电路203总电压Vtpj信号进行缓冲，获得Vagcj电压；在正常工作模式时，列读出电路203中的开关NStp导通，跨阻放大器子电路中的开关Stp关断，运算放大器OPACj正输入端接固定偏压Vcm，跨阻放大电路可以放大差分电流产生电路202产生的差分电流Idiffj，跨阻放大器子电路输出电压Vagcj＝Idiffj*Rgj+Vcm；当设置为单位增益缓冲电路时，Nstp关断，Stp开启，运算放大器OPACj处于单位增益模式，正输入端接Vtpj，且Idiffj电流不流入运放输出端，此时Vagcj＝Vtpj；

当所述列读出电路203控制所述第一数据选择器MUX0j将所述列读出电路203的总电压Vtpj输入至跨阻放大器子电路时，所述跨阻放大器子电路输出第一电压Vagcj至所述电压积分器子电路，所述第二数据选择器MUX1j输出第二电压Vtp0至所述电压积分器子电路；

所述电压积分器子电路将所述第一电压Vagcj至所述电压积分器子电路，所述第二数据选择器MUX1j输出第二电压Vtp0和所述第二电压Vtp0做差并将得到的电压差进行积分处理，输出积分值；所述模数转换子电路对所述积分值进行模数转换后，输出所述积分值对应的数字码值。

进一步地，将缓冲后的电压Vagcj送入电压积分器子电路，并将电压积分器的偏置信号通过开关控制改为全局的温度传感电压信号Vtp0，两个电压求差后进行积分放大及低通滤波，获得该像素温度传感器输出电压与全局温度传感器输出电压的差值，再通过列级模数转换器读出并输出片外。

需要说明的是，所述列读出电路203对测辐射热计传感子电路2011读取的是其输出的电流值，对像素级衬底温度传感子电路2012读取的是第一三极管中基极-发射极电压；所述列读出电路最终输出的是像素电路201产生的电信号经过列读出电路203处理后的电压对应的数字码值。

读出模式控制电路207用于控制所述行选产生电路206产生行选信号；所述像素电路201在所述行选产生电路206产生的行选信号的控制下，分时改变所述列读出电路203的读出模式完成像素电路中的数据读出。

列读出电路203的读出模式包括：第一读出模式和第二读出模式；

所述第一读出模式，具体为读出所述测辐射热计传感子电路2011的第一电信号；所述第二读出模式，具体为读出所述像素级衬底温度传感子电路2012的第二电信号。

具体地，第一电信号为测辐射热计传感子电路2011的电流；第二电信号为像素级衬底温度传感子电路2012中第一三极管的基极-发射极偏压。

进一步地，改变模式的时间节点是可以人为设计的，例如有一图像传感器工作在50帧的速率下(一秒读出50次全阵列的数据)，那么可以通过设计控制时序将电路设计成其中49次工作在第一读出模式、1次工作在第二工作模式；当然，可以理解的是，工作模式的分配也是可以灵活设计的。

如图5所示，所述镜像偏置电路204包括镜像偏置子电路和全局模数转换子电路；

所述镜像偏置子电路包括基准电流源Iref、第一低温度系数电阻Rtpm0、第二低温度系数电阻Rtpm1、第一运算放大器OPA1、第二晶体管MP1及第二三极管BJTref；所述第一低温度系数电阻Rtpm0的第一端和所述第二低温度系数电阻Rtpm1的第一端均接电源；所述第一低温度系数电阻Rtpm0的第二端与所述基准电流源Iref、所述第一运算放大器OPA1正输入端连接；所述第二低温度系数电阻Rtpm1的第二端与所述第二晶体管MP1的源极、所述第一运算放大器OPA1的负输入端连接；所述第二晶体管MP1的栅极与所述第一运算放大器OPA1的输出端、所述列读出电路203连接；所述第二三极管BJTref的发射极与所述第二晶体管MP1的漏极连接；所述第二三极管BJTref的基极、集电极均接地；

所述全局模数转换子电路包括所述第二运算放大器OPA2和全局模数转换器(ADC)；所述第二运算放大器OPA2的正输入端与所述第二晶体管MP1的漏极连接；所述第二运算放大器OPA2的负输入端与输出端连接；所述第二运算放大器OPA2的输出端与所述全局模数转换器、所述列读出电路203连接。

所述镜像偏置电路204生成第一偏置电压输出至所述列读出电路203，同时镜像偏置电路204中的第二三极管BJTref生成第一偏置电流；为了消除像素级衬底温度传感子电路2012中第一三极管BJTi，j产生的第二偏置电流的影响，设置所述第一偏置电流与所述第二偏置电流相同；其中第二三极管BJTref在整个镜像偏置电路及读出电路中相当于一个全局温度传感器。

进一步地，本实施例中还提供了一种镜像电路的偏置方法，基于基准电流Iref的复制，产生第一偏置电压Vbias及全局温度传感器的偏置电流，使得第二三极管BJTref上的第一偏置电流与像素级衬底温度传感子电路2012的第一三极管BJT的第二偏置电流一致。匹配的偏置电流与传感器尺寸设置，使得差分的温度传感输出实现自平衡的偏置点，即不考虑器件失配和温度差异的情况下，积分放大电路的输入为0，可以无需校正而保持较大的读出动态范围。

使用列读出电路203获得电压输出A*(Vtpj-Vtp0)，A为积分器电压增益，并使用全局ADC获得Vtp0，其中，A*(Vtpj-Vtp0)代表像素级衬底温度的非均匀性变化，而Vtp0代表整个衬底的全局温度信息。这种分离共模量并分别量化的温度读出方式，可以有效提升温度读出的精度，并降低输出的数据量及校正运算量。

本实施例中，所述读出模式控制电路207用于控制所述行选产生电路206产生行选信号；所述像素电路201在所述行选产生电路206产生的行选信号的控制下，分时改变所述列读出电路203的模式完成所述像素电路201中的数据读出。

为了实现像素级衬底温度传感子电路2012电信号读出与测辐射热计传感子电路2011电信号读出的兼容，需要合理划分其各自读出的时序。测辐射热计传感子电路2011中的微测辐射热计热敏电阻在被选通时具有自加热效应，为了维持热敏电阻的热动态平衡，需要保持任意被行选开关选通的热敏电阻的行选间隔周期固定。另一方面，由于衬底温度自身变化较为缓慢，并不需要较高速率的读出，但温度传感器在通电时，也会有焦耳热产生，并影响衬底温度。因此本实施例中还提供了一种时序设计，如图6所示。

步骤601、行选复位；

具体地，将像素电路201中测辐射热计传感子电路2011和像素级衬底温度传感子电路2012的温度传感行选及感光像元行选都进行无效。

步骤602、从第一行开始依次选通M行的像素级衬底温度传感子电路，并进行数据读出；

具体地，步骤602开始为一个自定义读出周期的开始。

步骤603、从第一行开始，依次选通N行测辐射热计传感子电路，并进行数据读出；

步骤604、从一个周期内像素级衬底温度传感子电路未读出的第一行开始，依次选通M行像素级衬底温度传感子电路读出；

步骤605、重复步骤603，完成一帧测辐射热计传感子电路的数据读出；

步骤606、重复步骤604、步骤605，完成M行像素级衬底温度传感子电路的数据读出；

步骤607、经过N/M帧，完成1帧温度像素级衬底温度传感子电路的数据读出及N/M帧测辐射热计传感子电路的数据读出，返回步骤601。

由此可知，本实施例提供的时序设计的核心在于：在两帧测辐射热计传感子电路的数据读出中间，插入M行像素级衬底温度传感子电路的数据读出，经过N/M行后完成一帧的像素电路的数据读出。该设计在实现低速的像素级衬底温度传感子电路的数据读出的同时可以保证测辐射热计传感子电路的热动态平衡，还使像素级衬底温度传感子电路的通电焦耳热只发生在两帧之间，降低了该焦耳热对像素电路201核心成像区域的热辐射成像干扰。

如图7所示，本申请一些实施例还提供了温漂校正电路205的示意图。所述温漂校正电路205包括温漂补偿偏压总线产生子电路2051和模拟多路器子电路2052；所述温漂补偿偏压总线产生子电路2051与所述模拟多路器子电路2052、所述列读出电路203连接；所述模拟多路器子电路2052与所述列读出电路203连接；其中，所述温漂补偿偏压总线产生子电路2051生成含有不同温漂系数的模拟偏压总线Vcmb<N:0>和无温漂系数的第三偏置电压Vcmb<N/2>。

具体地，所述温漂补偿偏压总线产生子电路2051包括第三运算放大器OPA0、第四运算放大器OPA1、第五运算放大器OPA2、第一可调电阻R1、第二可调电阻R2、第一电阻串R3、第二电阻串R4、第一电流源I1和第二电流源I2；

所述第一电流源I1的第一端、所述第二电流源I2的第二端分别连接所述第一可调电阻R1的第二端、所述第二可调电阻R2的第一端；所述第一可调电阻R1的第二端、所述第二可调电阻R2的第一端连接；所述第四运算放大器OPA1的正输入端、负输入端、输出端分别与所述第一可调电阻R1的第二端、所述第四运算放大器OPA1的输出端、所述第一电阻串R3的第二端连接；所述第五运算放大器OPA2的正输入端、负输入端、输出端分别与所述第二可调电阻的第一端、所述第五运算放大器OPA2的输出端、所述第二电阻串R4的第一端连接；所述第一电阻串R3的第一端与所述第二电阻串R4的第二端连接；所述第三运算放大器OPA0的正输入端、负输入端、输出端分别与基准电压Vcm0、所述第三运算放大器OPA0的输出端、所述第一可调电阻R1的第一端连接；所述第一可调电阻R1的第一端还与所述第一电阻串R3的第一端连接。

进一步地，将固定偏压输入至所述第三运算放大器OPA0时，所述第三运算放大器OPA0经处理后输出所述第三偏置电压，所述第一电流源I1产生的电流流经所述第一可调电阻R1和所述第四运算放大器OPA1后，所述第四运算放大器OPA1输出第二偏置电压，所述第二电流源I2产生的电流流经所述第二可调电阻R2和所述第五运算放大器OPA2后，所述第五运算放大器OPA2输出第四偏置电压；所述第二偏置电压和所述第四偏置电压分别通过所述第一电阻串R3和所述第二电阻串R4进行分压，生成含有不同温漂系数的模拟偏压总线。

更进一步地，温漂校正电路205的核心部分温漂补偿偏压总线产生子电路2051；该电路首先将基准电压输入Vcm0通过第三运算放大器OPA0缓冲，得到Vcmb<N/2>；然后利用正温度系数的电流源I2和I1流过电阻R2及R1，并经过缓冲得到正温度系数的电压Vcmb<N>及负温度系数的电压Vcmb<0>；然后使用电阻串R4，R3分压，即可以得到多路不同温漂系数的模拟偏压总线Vcmb<N:0>；最后将该总线输入各列读出电路203，并在列内使用温漂校正数字码值控制模拟多路器子电路2052选择能够补偿当前选中测辐射热计传感子电路2011信号温漂的一路偏压作为跨阻放大电路的偏置电压，而将无温漂的Vcmb<N/2>作为积分器的偏置电压，两者的温漂电压差值被积分器放大，叠加在温漂信号上，实现了对温漂的片上补偿。

如图8(a)所示，提供了温度与电流关系的示意图；其中，x轴表示温度，y轴表示电流；图中详细展示了第一电流源I1和第二电流源I2随温度变化的详细情况，即随着温度的升高电流值也在升高；图8(b)所示，提供了一种温度与电压关系的流程图；其中，x轴表示温度，y轴表示电压；线①表示Vcmb<0>，即随着温度的升高，电压逐渐下降；线②表示Vcmb<N/2>，即随着温度的升高电压值始终保持不变；线③表示Vcmb<N>，即随着温度的升高，电压逐渐升高。

在本实施例中，该电路的单位增益接法缓冲器的目的是保证较快的驱动速度，以缩短行选切换时的动态信号建立时间。在对速度要求不高，或负载较小等情况下，可以省略电压缓冲电路。电阻R1，R2设置为可调电阻的目的是调整整体的温漂校正范围，使得温漂校正电路205的校正能力与实际传感器温漂相匹配。本实例中I1，I2都是正温度系数电流的目的是获得温漂系数不同的Vcmb<N>与Vcmb<0>电压，也可以将I1，I2设置为负温度系数电流，而不影响本专利所要实现的功能。跨阻放大电路的偏置电压和积分器的偏置电压在该列读出电路203中为求差运算，因此只需将任意一个偏置电压设置为数字可调的温漂补偿电压，即可实现温漂的补偿，这意味着也可以将积分器偏压或整个列读出电路203上的其他偏置电压设置为温度补偿电压。

在本申请的一个实施例中，如图9所示，还提供了一种电流源内部构造电路示意图；包括两个运算放大器OPA1和OPA2、两个三极管BJT0和BJT1，多个第一类型(P型)的晶体管、多个第二类型(N型)的晶体管以及多个电阻组成，目的是为了构造具有不同温度系数的低噪声电流信号I1，I2，并调节其直流失调，使得在工作温度的中间区域可以获得零电流的I1，I2，避免温漂补偿引入固定失调。

具体地，本申请提供的一种电流源内部构造电路是基于固定偏压VBG钳位低温度系数电阻获得低温漂电流，并与负温度系数的BJT电压钳位低温度系数电阻获得的高温漂系数电流通过电流复制、相加的方式获得正负温度系数的低噪声电流I1，I2。该设计基于易于获得不同温漂的低噪声偏压及低温漂低噪声的电阻，其产生的电流噪声较小；基于电流镜复制的方法获得电流源，不需要针对每一路输出电流单独构造电流源，降低了电路面积及功耗代价。通过调整上下电流复制的比例，可以调节输出电流的大小及失调，实现温漂校正范围的修改。

采用本申请实施例中公开的方法，像素电路201内除了感测外部辐射微测辐射热计传感器外，还有感测衬底温度的温度传感器，两种传感器在行选产生电路206产生的行选信号的控制下，分时改变列读出电路203的模式而完成读出，无需单独设置温度传感器读出电路；基于全局的镜像偏置电路204，读出像素内温度传感器输出与全局温度传感器的差值，提高了读出精度。读出电路基于全局的温漂校正模拟总线及列内的选通DAC实现像素级偏压温漂补偿功能，温漂校正的精度更高，噪声贡献小，且不影响传感器的响应率。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种读出电路，其特征在于，所述读出电路至少包括像素电路、差分电流产生电路、列读出电路、镜像偏置电路、温漂校正电路、行选产生电路和读出模式控制电路；

所述像素电路、所述差分电流产生电路、所述镜像偏置电路及所述温漂校正电路均与所述列读出电路连接；所述像素电路还与所述差分电流产生电路、所述行选产生电路连接；所述读出模式控制电路与所述行选产生电路、所述列读出电路连接；

其中，所述像素电路包括测辐射热计传感子电路和像素级衬底温度传感子电路；

所述列读出电路至少包括第一晶体管、第三低温度系数电阻、跨阻放大器子电路、电压积分器子电路、模数转换子电路、第一数据选择器和第二数据选择器；

所述像素级衬底温度传感子电路分别与所述第一晶体管的漏极、所述第一数据选择器连接；所述跨阻放大器子电路分别与所述差分电流产生电路、所述第一数据选择器、所述电压积分器子电路及所述温漂校正电路连接；所述第二数据选择器还与所述镜像偏置电路、所述电压积分器子电路连接；所述电压积分器子电路还与所述模数转换子电路连接；所述第三低温度系数电阻的两端分别连接电源、所述第一晶体管的源极。

2.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，所述测辐射热计传感子电路与所述差分电流产生电路连接；所述像素级衬底温度传感子电路与所述列读出电路连接。

3.根据权利要求2所述的读出电路，其特征在于，所述像素级衬底温度传感子电路包括第一三极管和行选开关；当所述像素级衬底温度传感子电路被所述列读出电路读出时，所述三极管的发射极通过所述行选开关连接到所述列读出电路中；所述三极管的发射极-基极电压为随衬底温度变化的负温度系数电压。

4.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，当所述列读出电路控制所述第一数据选择器将所述列读出电路的总电压输入至跨阻放大器子电路时，所述跨阻放大器子电路输出第一电压至所述电压积分器子电路，所述第二数据选择器输出第二电压至所述电压积分器子电路；

所述电压积分器子电路将所述第一电压和所述第二电压做差并将得到的电压差进行积分处理，输出积分值；所述模数转换子电路对所述积分值进行模数转换后，输出所述积分值对应的数字码值。

5.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，所述镜像偏置电路包括镜像偏置子电路和全局模数转换子电路；

所述镜像偏置子电路包括基准电流源、第一低温度系数电阻、第二低温度系数电阻、第一运算放大器、第二晶体管及第二三极管；所述第一低温度系数电阻的第一端和所述第二低温度系数电阻的第一端均接电源；所述第一低温度系数电阻的第二端与所述基准电流源、所述第一运算放大器的正输入端连接；所述第二低温度系数电阻的第二端与所述第二晶体管的源极、所述第一运算放大器的负输入端连接；所述第二晶体管的栅极与所述第一运算放大器的输出端、所述列读出电路连接；所述第二三极管的发射极与所述第二晶体管的漏极连接；所述第二三极管的基极、集电极均接地；

所述全局模数转换子电路包括第二运算放大器和全局模数转换器；所述第二运算放大器的正输入端与所述第二晶体管的漏极连接；所述第二运算放大器的负输入端与输出端连接；所述第二运算放大器的输出端与所述全局模数转换器、所述列读出电路连接。

6.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，所述镜像偏置电路生成第一偏置电流；所述第一偏置电流与所述像素级衬底温度传感子电路产生的第二偏置电流相同。

7.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，所述温漂校正电路包括温漂补偿偏压总线产生子电路和模拟多路器子电路；所述温漂补偿偏压总线产生子电路与所述模拟多路器子电路、所述列读出电路连接；所述模拟多路器子电路与所述列读出电路连接；其中，所述温漂补偿偏压总线产生子电路生成含有不同温漂系数的模拟偏压总线和无温漂系数的第三偏置电压。

8.根据权利要求7所述的读出电路，其特征在于，所述温漂补偿偏压总线产生子电路包括第三运算放大器、第四运算放大器、第五运算放大器、第一可调电阻、第二可调电阻、第一电阻串、第二电阻串、第一电流源和第二电流源；所述第一电流源的第一端、所述第二电流源的第二端分别连接所述第一可调电阻的第二端、所述第二可调电阻的第一端；所述第四运算放大器的正输入端、负输入端、输出端分别与所述第一可调电阻的第二端、所述第四运算放大器的输出端、所述第一电阻串的第二端连接；所述第五运算放大器的正输入端、负输入端、输出端分别与所述第二可调电阻的第一端、所述第五运算放大器的输出端、所述第二电阻串的第一端连接；所述第一电阻串的第一端与所述第二电阻串的第二端连接；所述第三运算放大器的正输入端、负输入端、输出端分别与基准电压、所述第三运算放大器的输出端、所述第一可调电阻的第一端连接；所述第一可调电阻的第一端还与所述第一电阻串的第一端连接。

9.根据权利要求8所述的读出电路，其特征在于，将固定偏压输入至所述第三运算放大器时，所述第三运算放大器经处理后输出所述第三偏置电压，第一电流源产生的电流流经第一可调电阻和第四运算放大器后，所述第四运算放大器输出第二偏置电压，第二电流源产生的电流流经第二可调电阻和第五运算放大器后，所述第五运算放大器输出第四偏置电压；所述第二偏置电压和所述第四偏置电压分别通过第一电阻串和第二电阻串进行分压，生成含有不同温漂系数的模拟偏压总线。

10.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，所述读出模式控制电路用于控制所述行选产生电路产生行选信号；所述像素电路在所述行选产生电路产生的行选信号的控制下，分时改变所述列读出电路的读出模式完成像素电路中的数据读出。

11.根据权利要求10所述的读出电路，其特征在于，所述列读出电路的读出模式包括：第一读出模式和第二读出模式；

所述第一读出模式，具体为读出所述测辐射热计传感子电路的第一电信号；所述第二读出模式，具体为读出所述像素级衬底温度传感子电路的第二电信号。

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