CN110987197B - 信号处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种信号处理装置以及方法。信号处理装置包括：检测单元，配置为基于注入电压信号生成检测信号，其中，检测信号用于指示注入电压信号的幅值区间；驱动单元，配置为基于检测信号生成驱动信号；输出单元，配置为接收注入电压信号，并基于驱动信号来在与幅值区间相对应的输出端处输出注入电压信号。

Description

信号处理装置及方法

技术领域

本申请属于信息显示领域，尤其涉及一种信号处理装置及其方法。

背景技术

红外成像技术广泛地应用在多个技术领域。作为获取红外图像信号的器件，红外焦平面阵列组件包括红外探测器和读出电路，其中，读出电路用于将红外探测器所获得的微弱点信号进行放大、校正或其它操作。

制冷型红外探测器的感光结构是光电二极管，通常需要工作在反偏的状态下，所以需要读出电路提供反偏电压。读出电路不仅为探测器提供反偏电压，还实现阻抗匹配、提高注入效率等作用。常见的注入结构有：直接注入(DI)；缓冲直接注入(BDI)、电容跨导放大器(CTIA)等。本专利针对的是直接注入(DI)的方式。图1a、1b示出了传统的N型、P型的直接注入结构。如图1a所示，注入结构10a由N型晶体管构成，并在该晶体管的控制极处接收反偏电压Vn；如图1b所示，注入结构10b由P型晶体管构成，并在该晶体管的控制极处接收反偏电压Vp。显然，这种注入结构限制了光电二极管的极性，因此通用性不佳。

发明内容

本申请针对上述问题，提供了一种信号处理装置，该装置包括：检测单元，配置为基于注入电压信号生成检测信号，其中，所述检测信号用于指示所述注入电压信号的幅值区间；驱动单元，配置为基于所述检测信号生成驱动信号；输出单元，配置为接收所述注入电压信号，并基于所述驱动信号来在与所述幅值区间相对应的输出端处输出所述注入电压信号。

本申请还提供了一种信号处理方法，包括：经由检测单元来基于注入电压信号来生成检测信号，其中，所述检测信号用于指示所述注入电压信号的幅值区间；经由驱动单元来基于所述检测信号生成驱动信号；以及经由输出单元来根据所述驱动信号确定与所述幅值区间相对应的输出端，并在所述输出端处输出所述注入电压信号。

本申请还提供了一种红外探测设备，其包括：光电感应单元，用于在外部信号的影响下，生成光电感应信号；积分单元，其包括积分电容和如前述的信号处理装置，所述积分电容至少在所述信号处理装置的控制下接收所述光电感应信号，进而生成积分信号；以及量化单元，其接收所述积分信号，并对所述积分信号进行量化，进而生成与所述光电感应信号相关联的量化信号。

附图说明

参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。

图1a示出了传统的N型直接注入结构；

图1b示出了传统的P型直接注入结构；

图2a为依据本申请实施例的信号处理装置的架构图；

图2b为依据本申请实施例的信号处理装置的部分的电路图；

图2c为依据本申请实施例的注入结构的示意图；

图3a是依据本申请实施例的第一时序示意图；

图3b是依据本申请实施例的第二时序示意图；

图3c是依据本申请实施例的第三时序示意图；

图3d是依据本申请实施例的第四时序示意图；

图3e是依据本申请实施例的第五时序示意图；

图4为依据本申请实施例的注入方法的流程图；

图5为依据本申请实施例的红外探测设备的架构图。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本申请一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本申请的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本申请的所有实施例。可以理解，在不偏离本申请的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本申请的范围由所附的权利要求所限定。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。对于附图中的各单元之间的连线，仅仅是为了便于说明，其表示至少连线两端的单元是相互通信的，并非旨在限制未连线的单元之间无法通信。另外，两个单元之间线条的数目旨在表示该两个单元之间通信至少所涉及的信号数或至少具备的输出端，并非用来限定该两个单元之间只能如图中所示的信号来进行通信。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

晶体管可指任何结构的晶体管，例如场效应晶体管(FET)或者双极型晶体管(BJT)。当晶体管为场效应晶体管时，其控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极可以为场效应晶体管的源极或漏极；当晶体管为双极型晶体管时，其控制极是指双极型晶体管的基极，第一极可以为双极型晶体管的集电极或发射极，对应的第二极可以为双极型晶体管的发射极或集电极。

在实际应用中，用户往往只会提供一个固定注入电压信号GPOL，然后结合相应的转换器来向注入结构提供反偏电压Vn/Vp。相应的，不同的用户所提供的注入电压信号GPOL的值也往往不同，导致需要多种类型的转换器。

针对上述问题，本申请首先提出了一种自适应的信号处理装置。图2a为依据本申请实施例的信号处理装置的架构图。

信号处理装置2包括检测单元21、驱动单元22、输出单元23以及注入单元24。检测单元21接收注入电压信号GPOL，并基于注入电压信号GPOL的幅值来判断该电压所对应的幅值区间，进而生成与该幅值区间相关联的检测信号。譬如，检测单元21可以比较注入电压信号GPOL与参考信号，并基于比较结果来确定该幅值区间。可以理解的，这里的参考信号可以是一个或多个。

驱动单元22接收到来自检测单元21的检测信号后，将基于该检测信号来生成驱动信号。输出单元23获得该驱动信号后，将基于该驱动信号来将注入电压信号GPOL作为指定的信号提供给注入单元24，以实现注入操作。注入电压信号GPOL可以是固定电平也可以是具有指定波形的电平信号，譬如，注入电压信号GPOL可以是：(1)固定电平Vn或Vp；(2)在Vp和Vn之间转换的电平；(3)在Vp和VDD之间转换的电平；(4)在Vn和VSS之间转换的电平。可以理解的，注入电压信号GPOL的幅值还可以是其它电平，在此无需穷举。

当检测单元判断注入电压信号GPOL的幅值对应于指定的第一区间时，检测单元21输出第一检测信号；当该单元判断该电压的幅值对应于指定的第二区间时，检测单元21输出第二检测信号。驱动单元22获取到第一检测信号后，将使得输出单元23在与第一区间相对应的第一输出端V1输出注入电压信号GPOL。注入单元24则利用该电压来实现注入操作。

图2b为依据本申请实施例的信号处理装置的部分的电路图，在图2b中，示出了检测单元21、驱动单元22以及输出单元23。

在图2b中，检测单元21包括比较组件COMP，其第一输入端接收注入电压信号GPOL，第二输入端接收参考信号Vcm。可以理解的，参考信号Vcm的值可以根据具体的应用来调节。比较组件COMP的输出端经由调制电路G1耦合到输出模块23和反相组件INV，反相组件INV的输出端经由调制电路G2耦合到输出模块23。调制电路G1的输出端耦合到晶体管D1、D4的控制极，以提供第一子驱动信号；调制电路G2的输出端耦合到晶体管D2、D3的控制极，以提供第二子驱动信号。晶体管D1、D2为P型晶体管，D3、D4为N型晶体管，该四个晶体管串联连接。可以理解的，调制电路G1、G2所采用的调制信号可以由G1、G2自行生成，也可以接收自外部电路。

晶体管D1的第一极耦合至电源VDD，控制极耦合至调制电路G1的输出端；晶体管D2的第一极耦合至晶体管D1的第二极，控制极耦合至反相组件INV的输出端，其中，晶体管D2的第一极对应于输出单元23的第一输出端V1；晶体管D3的第一极耦合至晶体管D2的第二极，控制极耦合至反相组件INV的输出端，晶体管D3的第一极接收注入电压信号GPOL；晶体管D4的第一极耦合至晶体管D3的第二极，控制极耦合至比较组件INV的输出端，晶体管D4的第一极对应于输出单元的第二输出端V2。

下面以注入电压信号GPOL与参考信号Vcm之间的关系来进行阐述。

1)注入电压信号GPOL＜参考信号Vcm

在此种情形下，比较组件COMP输出低电平，则节点M1为低电平，节点M2为高电平。因此，晶体管D1导通，D2关断，输出端V1输出高电平。同时晶体管D3导通，D4关断，此时输出端V2输出注入电压信号GPOL。

(2)注入电压信号GPOL＞参考信号Vcm

在此种情形下，比较组件COMP输出高电平，则节点M1为高电平，节点M2为低电平。因此，晶体管D1关断，D2导通，输出端V1输出注入电压信号GPOL。同时晶体管D3关断，D4导通，此时输出端V2输出低电平。

在上述结构中，调制电路G1、G2协作，以分别对第一子驱动信号和第二子驱动信号进行调制。可以根据具体的应用来配置，进而实现相应的功能，譬如，多级数字驱动、两相不交叠控制、时钟同步/帧同步/复位同步控制等。

可以理解的，在一种实施方式中，驱动单元22也可以只包括一个调制电路(G1或G2)，或者不包括调制电路。

图2c为依据本申请实施例的注入结构的示意图。

如图所示，注入单元24包括晶体管K1(N型)和K2(P型)，其中，该两个晶体管的第一极耦合至光电单元25，第二极耦合至负载电容22，并且控制极分别耦合至输出单元的输出端V1、V2，以接收反偏注入电压信号GPOL，进而实现相应的注入操作。

下面对光电单元25为不同类型的光电晶体管进行阐述。

(1)光电单元25为N端接入，当其接收到入射光时，其将产生光电流，此时光电单元25与晶体管K1协作，晶体管K2关断，以形成电流通路。

(2)光电单元25为P端接入，当其接收到入射光时，其将产生光电流，此时光电单元25与晶体管K2协作，晶体管K1关断，以形成电流通路导通。

由上可知，晶体管K1、K2构成的注入结构可以适用于不同类型的光电晶体管。

为了更好地理解本申请的构思，下面结合具体的时序来阐述本申请的技术方案。

图3a是依据本申请实施例的第一时序示意图。

如图所示，注入电压信号GPOL为固定电平且其幅值为Vn，此时比较组件COMP输出低电平，节点M2为高电平，使得晶体管D1、D3导通，D2、D4关断，此时输出端V1输出高电平，V2输出注入电压信号GPOL。因此，晶体管K1将导通，晶体管K2关断。

图3b是依据本申请实施例的第二时序示意图。

如图所示，注入电压信号GPOL为固定电平且其幅值为Vp，比较组件COMP输出高电平，节点M2为低电平，使得晶体管D1、D3关断，D2、D4导通，输出端V1输出注入电压信号GPOL，V2输出低电平。因此，晶体管K1将关断，晶体管K2导通。

图3c是依据本申请实施例的第三时序示意图。

如图所示，注入电压信号GPOL为波形电压且其幅值在电源电压VDD和Vp之间变换。在此情形下，比较组件COMP输出高电平，节点M2为低电平，输出端V1输出注入电压信号GPOL，V2输出低电平。因此，晶体管K1将关断，晶体管K2在注入电压信号GPOL为Vp时导通。

图3d是依据本申请实施例的第四时序示意图。

如图所示，注入电压信号GPOL为波形电压且其幅值在Vn和低电平之间变换，此时比较组件COMP输出低电平，节点M2为高电平，输出端V1输出高电平，V2输出注入电压信号GPOL。因此，晶体管K1将在注入电压信号GPOL为Vn时导通，晶体管K2关断。

图3e是依据本申请实施例的第五时序示意图。

如图所示，注入电压信号GPOL为波形电压且其幅值在Vn和Vp之间变换。在此情形下，当注入电压信号GPOL的幅值为Vp时，输出端V1输出注入电压信号GPOL，V2输出低电平，晶体管K1将关断，晶体管K2导通；当注入电压信号GPOL的幅值为Vn时，输出端V1输出高电平，V2输出注入电压信号GPOL，晶体管K1导通，晶体管K2关断。

由上述可知，注入单元24不仅可以是图1a、1b中的单极性注入结构，也可以是图2c中的双极性注入结构。

图4为依据本申请实施例的注入方法的流程图。

步骤S401：确定注入电压信号GPOL对应的幅值区间，生成检测信号。

在该步骤中，通过检测单元来确定注入电压信号GPOL对应于哪一个幅值区间，进而生成检测信号，其中，幅值区间可以根据具体应用的范围来配置。譬如，可以将0至VDD划分为两个或更多个幅值区间。以划分为两个幅值区间为例，当检注入电压信号GPOL大于参考电平Vcm时，可以将注入电压信号GPOL归为第一幅值区间，反之，则归为第二幅值区间。通过确定幅值区间，则可以确定相应的要提供输出信号的输出端。可以理解的，此处的检测信号与幅值区间相关联。

步骤S402：基于检测信号来生成驱动信号。

在该步骤中，驱动单元22基于检测信号来生成驱动信号。若要实现多级数字驱动、两相不交叠控制、时钟同步/帧同步/复位同步控制等功能，驱动单元22还可以基于调制信号和检测信号来生成驱动信号。

步骤S403：在与该幅值区间相对应的输出端处输出注入电压信号。

在该步骤中，输出单元23基于驱动信号在与注入电压信号GPOL的幅值区间相对应的输出端处，提供注入电压信号GPOL。譬如，当注入电压信号GPOL归为第一幅值区间时，输出单元23在第一输出端V1处提供注入电压信号GPOL；当注入电压信号GPOL归为第二幅值区间时，输出单元23在第二输出端V2处提供注入电压信号GPOL。

由前述可知，本申请中的注入单元可以是兼容两种极性的注入结构。通过判断注入电压信号GPOL电压的高低，可以自动选择注入管，进行极性匹配，有很高的应用价值。可以理解的注入电压信号GPOL可以是外部输入信号，也可以是内部信号。

基于前述的注入单元，本申请还提出了一种红外探测设备。

图5为依据本申请实施例的红外探测设备的架构图。

红外探测设备可以包括光电感应单元51、积分单元52以及量化单元53，其中，光电感应单元51用于在外部信号(譬如，光信号)的影响下来生成光电感应信号。另外，积分单元52包括积分电容521和如前述的信号处理装置522，积分电容521至少在信号处理装置522的控制下接收光电感应信号，进而生成积分信号；量化单元53接收该积分信号，并对该积分信号进行量化，进而生成与该光电感应信号相关联的量化信号。可以理解的，量化信号可以用来表征前述外部信号的特征，譬如，强度、时间等。

虽然参照特定的示例来描述了本申请，其中，这些特定的示例仅仅旨在是示例性的，而不是对本申请进行限制，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本申请的精神和保护范围的基础上，可以对所公开的实施例进行改变、增加或者删除。

Claims (11)

1.一种信号处理装置，包括：

检测单元，配置为基于注入电压信号生成检测信号，其中，所述检测信号用于指示所述注入电压信号的幅值区间；

驱动单元，配置为基于所述检测信号生成驱动信号；

输出单元，配置为接收所述注入电压信号，并基于所述驱动信号来在与所述幅值区间相对应的输出端处输出所述注入电压信号；

注入单元，其包括：

第五晶体管，其第一极配置为接收光电信号，第二极耦合至电容，控制极耦合至所述输出单元的第一输出端；和/或

第六晶体管，其第一极耦合至所述光电信号，第二极耦合至所述电容，控制极耦合至所述输出单元的第二输出端。

2.如权利要求1所述的信号处理装置，其中，所述检测单元还被配置为：

比较所述注入电压信号与至少一个参考信号，并基于比较结果来确定与所述注入电压信号相对应的幅值区间。

3.如权利要求1所述的信号处理装置，其中，所述驱动模块还配置为基于调制信号和所述检测信号来生成所述驱动信号。

4.如权利要求2所述的信号处理装置，其中，所述检测单元包括：

比较组件，其第一输入端接收所述注入电压信号，第二输入端接收第一参考电位，输出端输出所述检测信号，其中，所述注入电压信号和所述第一参考电位的比较结果与所述检测信号相关联。

5.如权利要求4所述的信号处理装置，其中，所述比较组件还包括：

第三输入端，用于接收第二参考电位，

其中，所述注入电压信号和所述第一参考电位、所述第二参考电位的比较结果与所述检测信号相关联。

6.如权利要求4所述的信号处理装置，其中，所述驱动单元包括：

反相组件，其输入端耦合至所述比较组件的输出端，所述反相组件配置为基于所述检测信号，向所述输出单元提供第一子驱动信号，

其中，所述驱动单元还配置基于所述检测信号向所述输出单元提供第二子驱动信号，其中，所述第二子驱动信号与所述第一子驱动信号的相位相反。

7.如权利要求6所述的信号处理装置，其中，所述输出单元包括：

第一晶体管，其第一极耦合至电源，控制极耦合至所述比较组件的输出端；

第二晶体管，其第一极耦合至所述第一晶体管的第二极，控制极耦合至所述反相组件的输出端，所述第二晶体管的第一极对应于所述输出单元的第一输出端；

第三晶体管，其第一极耦合至所述第二晶体管的第二极，控制极耦合至所述反相组件的输出端，所述第三晶体管的第一极配置为接收所述注入电压信号；以及

第四晶体管，其第一极耦合至第三晶体管的第二极，控制极耦合至所述比较组件的输出端，所述第四晶体管的第一极对应于所述输出单元的第二输出端。

8.如权利要求7所述的信号处理装置，其中，所述驱动单元还包括：

第一调制电路，其耦合在所述比较组件的输出端与所述第一、第四晶体管的控制极之间；

第二调制电路，其耦合在所述反相组件的输出端和所述第二、第三晶体管的控制极之间，其中，所述第一调制电路与所述第二调制电路协作，以分别对所述第一子驱动信号和所述第二子驱动信号进行调制。

9.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，还包括光电感应单元，其用于在外部信号的影响下生成所述光电信号。

10.一种红外探测设备，其特征在于，包括：

光电感应单元，用于在外部信号的影响下，生成光电感应信号；

积分单元，其包括积分电容和如权利要求1至8任一项所述的信号处理装置，所述积分电容至少在所述信号处理装置的控制下接收所述光电感应信号，进而生成积分信号；以及

量化单元，其接收所述积分信号，并对所述积分信号进行量化，进而生成与所述光电感应信号相关联的量化信号。

11.一种信号处理方法，其特征在于，包括：

经由检测单元来基于注入电压信号来生成检测信号，其中，所述检测信号用于指示所述注入电压信号的幅值区间；

经由驱动单元来基于所述检测信号生成驱动信号；以及

经由输出单元来根据所述驱动信号确定与所述幅值区间相对应的输出端，并在所述输出端处输出所述注入电压信号。

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