CN114174788B - 快照红外传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种红外传感器，包括按行和按列并置的像素(11)的组装件，各像素集成成像用微测辐射热计(Rac)和积分器组装件，该积分器组装件包括：晶体管(N4)，其被组装为放大器；以及电容器(Cint)，其在输出节点(No)和积分节点(Ne)之间以反馈形式组装在所述晶体管上；所述积分节点连接到略读晶体管(P1)，所述略读晶体管(P1)与偏移到所述像素(11)外部的略读控制晶体管(P1b)作为电流镜进行操作，根据至少一个热化微测辐射热计的温度来控制流经所述略读控制晶体管的略读电流(Icm)，所述电流镜组装件使得能够将流经所述略读控制晶体管的所述略读电流发送到所述积分节点上，以使得所述电容器对流经所述成像用微测辐射热计的电流(Iac)与所述略读电流之间的差进行积分。
Description
技术领域
本发明涉及所谓的“非冷却型”红外成像领域中的红外辐射的传感器。该传感器集成了形成红外图像的像素的测辐射热检测器的组装件。本发明更精确地涉及使得能够借助于集成在各像素中的读出电路来瞬时捕获像素的快照红外传感器。
本发明特别有利地适用于提高红外传感器的频率分辨率或抑制拖曳效应。
背景技术
在所谓的“非冷却型”红外检测器领域，不同于需要在极低温度(通常是液氮的温度)进行操作的被称为“量子检测器”的检测装置，已知使用能够在环境温度进行操作(也就是说，不需要冷却到极低温度)的对红外辐射敏感的元件的单维或二维阵列。
非冷却型红外检测器传统上使用被称为“测温”或“测辐射热”的合适材料的物理量根据其温度的变化。最常见的是，该物理量是所述材料的随温度变化很大的电阻率。检测器的敏感单位元件或“微测辐射热计”通常采用膜状物的形式，各膜状物包括测温材料层，并且经由具有高热阻的支撑臂悬挂在通常由硅制成的基板上方，悬挂的膜状物的阵列通常被称为“视网膜”。
这样的膜状物特别地实现吸收入射辐射的功能、将所吸收的辐射的功率转换成热功率的功能、以及将所生成的热功率转换成测温材料的电阻率的变化的测温功能，这样的功能可由一个或多个不同的元件来实现。此外，膜状物的支撑臂也是导电的并且连接到其测温层。
用于膜状物的测温元件的顺序寻址和偏置的部件以及用于形成以视频格式可用的电信号的部件通常形成在膜状物悬挂于上方的基板中。基板和集成的部件共同被称为“读出电路”。
为了补偿检测器的温度漂移，通常实现的解决方案在于在用于形成与成像用微测辐射热计(由于对入射的电磁辐射敏感因此被如此命名)的温度有关的信号的电子电路中放置焦平面温度(FPT)补偿元件，该FPT补偿元件本身是测辐射热的，也就是说其电行为跟随基板温度，但保持对辐射实质不敏感。
该结果例如是借助于由对基板具有低热阻的构造提供的测辐射热结构、以及/或者通过使这些结构掩蔽在对热辐射不透明的屏蔽件之后所获得的。这种补偿元件的实现还具有消除源自于成像或“有源”微测辐射热计的所谓的共模电流中的大部分的优点。
图1是现有技术的无温度调节的测辐射热检测器10或者“无TEC”检测器的电气图，该测辐射热检测器10或者“无TEC”检测器包括共模补偿结构。图2是为了形成共模补偿检测器的微测辐射热计的读取信号所实现的电路的电气图。这种检测器例如在以下文献中进行了描述：“Uncooled amorphous silicon technology enhancement for 25μm pixelpitch achievement”；E.Mottin等人，红外技术及应用XXVIII，国际光学工程学会，第4820E卷。
检测器10包括相同的单位测辐射热检测元件14或“像素”的二维阵列12，各单位测辐射热检测元件14或“像素”包括采用诸如前面所述等的悬挂在基板上方的膜状物的形式的敏感的电阻式微测辐射热计16，该电阻式微测辐射热计16具有电阻Rac。
各微测辐射热计16通过其端子中的一个端子连接到恒压VDET(特别是检测器10的地电位)，并且通过其另一端子连接到以饱和状态进行操作的MOS偏置晶体管18(例如，NMOS晶体管)，MOS偏置晶体管18利用栅极控制电压GAC设置微测辐射热计16两端的电压Vac。
如果A指定与MOS 18的源极相对应的节点、并且如果VA是该节点处的电压(其取决于栅极电压GAC)，则电压Vac等于Vac＝VA-VDET。
像素14还包括选择开关20，该选择开关20连接在MOS晶体管18和针对阵列12的各列所设置的节点S之间，并且由控制信号Select(选择)驱动，从而使得能够选择测辐射热计16以读取测辐射热计16。晶体管18和开关20通常形成在受微测辐射热计16的膜状物影响的基板中。元件16和18形成所谓的检测分支。
特别地，由于像素相同、并且对于所有像素一方面电压VDET相同且另一方面电压GAC相同，因此在相同电压Vac下对测辐射热计16进行电压偏置。此外，栅极电压GAC是恒定的，因此电压Vac也是恒定的。
检测器10还在阵列12的各列的底部包括补偿结构22(通常也称为“略读(skimming)”结构)。如前面所述，检测用微测辐射热计16的电阻的值主要由基板温度决定。因此，流经检测用微测辐射热计16的电流包括取决于基板温度且独立于所观察到的场景的显著分量。补偿结构22具有为了该分量的部分或全部补偿的目的而输送电流的功能。
补偿结构22包括对源自于待观察场景的入射辐射不敏感的电阻为Rcm的补偿用微测辐射热计24。微测辐射热计24由与微测辐射热计16相同的测温材料形成，但对基板具有极低热阻。例如：
■补偿用微测辐射热计24的电阻元件是以与基板接触的方式直接形成的，或者
■补偿用微测辐射热计24包括利用具有极低热阻的结构悬挂在基板上方的与检测用微测辐射热计16的膜状物类似的膜状物，再或者
■补偿用微测辐射热计24包括与检测用微测辐射热计16的膜状物和支撑臂基本相同的膜状物和支撑臂，并且作为良好热导体的材料填充了微测辐射热计24的膜状物与基板之间的空间。
因此，微测辐射热计24的电阻实质由基板温度决定，然后微测辐射热计24被称为“热化”到基板。
典型地，该热化微测辐射热计24针对多个微测辐射热计24是共用的，并且被放置在阵列12的各列的顶部或底部。
微测辐射热计24通过其端子中的一个端子连接到正恒压VSK，并且补偿结构22还包括极性与检测像素14的晶体管18的极性相反的以饱和状态进行操作的MOS偏置晶体管26(例如，PMOS晶体管)，该MOS偏置晶体管26利用栅极控制电压GCM设置微测辐射热计24两端的电压Vcm，并且连接在补偿用微测辐射热计24的另一端子与节点S之间。
将B称为与MOS晶体管26的漏极相对应的节点并且将VB称为该节点处的电压，则电压Vcm等于Vcm＝VSK-VB。元件24和26形成各列共同的所谓补偿分支。补偿共模电流的值由微测辐射热计24的电阻Rcm的值及其偏置参数的值来定义。
检测器10还在阵列12的各列的底部包括CTIA(其是“电容跨阻放大器”的略称)型的积分器28，该积分器28例如包括运算放大器30、以及连接在放大器30的反相输入和输出之间的固定电容Cint的单个电容器32。放大器的反相输入和非反相输入进一步分别连接到节点S和正恒压VBUS。电压VBUS如此形成输出信号的参考，并且在VDET和VSK之间。
还以与电容器32并联的方式形成由信号Reset驱动的开关34，以对电容器32进行放电。CTIA 28的输出例如连接到各个采样保持电路36，以将CTIA的电压Vout以多路复用模式通过多路复用器38朝向一个或多个串联输出放大器40传送。其也可以通过模数转换器(也称为首字母缩写“ADC”)集成在数字化部件的输出处。
检测器10最后包括用于控制前面所述的不同开关的定序单元42。在操作中，逐行读取阵列12。为了从阵列12的行读取，接通像素行14的开关20，并且断开其他行的开关20。从阵列12的所有行的连续读取形成帧。
对于从阵列12的为读取所选择的行中的微测辐射热计16的读取，在通过利用信号Reset(复位)接通开关34随后断开开关34所实现的列的底部的CTIA的电容器的放电阶段之后，如此针对正被读取的行中的各像素获得诸如图2所示等的电路。
电流Iac在利用MOS晶体管18对检测用微测辐射热计16的电压偏置的作用下流经像素的检测用微测辐射热计16，并且电流Icm在利用MOS晶体管26对补偿用微测辐射热计24的电压偏置的作用下流经补偿结构的补偿用微测辐射热计24。这些电流在节点S处彼此相减，并且如此得到的电流差由CTIA28在预定积分时间段Tint期间进行积分。因此，CTIA 28的输出电压Vout是由待检测的入射辐射引起的检测用微测辐射热计16的电阻的变化的测量，这是因为取决于基板温度的电流Iac的非有用部分至少部分地由为了复制该非有用部分而专门生成的电流Icm进行补偿。
假定有源微测辐射热计16的电阻和补偿用微测辐射热计24的电阻在其偏置时没有因自热现象被显著修改、并且CTIA 28不饱和，则可以通过以下关系表示在积分时间Tint结束时的积分器的输出电压Vout：
[数学式1]
如本身已知，CTIA具有固定的电输出动态范围或“读出”动态范围。在低于作为输入所接收到的第一电荷量的情况下，CTIA供给被称为“低饱和电压”VsatL的固定低电压。类似地，在高于作为输入所接收到的第二电荷量的情况下，CTIA供给被称为“高饱和电压”VsatH的固定高电压。
在CTIA接收到比第一电荷量大且比第二电荷量小的电荷量的情况下，上述关系表示CTIA的线性行为。读出动态范围实质由电容器32的电容Cint的值确定。特别地，在该电容是固定(也就是说，随时间的经过恒定)的情况下，CTIA的读出动态范围也是固定的。
按照惯例，在本发明的上下文中，低饱和电压VsatL和高饱和电压VsatH是CTIA输送被认为线性的输出的极限，尽管CTIA通常能够输送低于或高于这些极限的电压。
此外，积分电容器的电容还确定了检测器的敏感度，或者更确切地说响应度。检测器的响应度由输出信号Vout的变化相对于输入信号(场景温度Tscene)的变化(也就是说，dVout/dTscene)来定义。
该响应度取决于微测辐射热计制造技术、读出电路的特性、积分时间、以及微测辐射热计的表面积。基于检测器的输出信号上所存在的噪声相对于该响应度的比，可以定义以mK为单位表示的检测器性能(也称为“噪声等效温差(Noise Equivalent TemperatureDifference)”的首字母缩写“NETD”)。更准确地说，期望通过限制检测器的输出信号上所存在的噪声并且通过使响应度最大化来使NETD最小化。为了使响应度最大化，通常通过在微测辐射热计下方布置形成用于寻址读出电路的电路的组件来使用各像素的最大可能表面积形成微测辐射热计。
因此，当前可以针对行或列利用64μs的积分时间获得小于50mK的NETD。
在积分时间与响应度和NETD直接链接的情况下，即使新的制造技术使得能够获得时间常数减少的微测辐射热计，也不能在不降低NETD的情况下减少该积分时间。结果，当前的测辐射热计不能快速捕获红外图像，这是因为读出电路必须扫描行或列以形成图像，其中积分时间不能减少。
在可见或冷却型红外领域，存在快照传感器，在这些快照传感器中，各像素集成测量电路以获得传感器的所有像素的状态的同时捕获。
然而，在非冷却型红外领域，具有与测辐射热桥相关联的列底部CTIA的积分器组装件需要不能集成在像素的表面中的电子电路。实际上，读出电路的积分器组装件需要使用热化微测辐射热计来进行积分电流的略读并补偿基板的温度变化。
现在，通过在各像素中在成像用微测辐射热计近旁布置被热化到基板的微测辐射热计，由于成像用微测辐射热计和热化微测辐射热计必须以悬挂在基板上方的方式形成，因此成像用微测辐射热计的表面积将需要减小。因此，通过减小成像用微测辐射热计的表面积，NETD也将减小。
本发明的技术问题包括在保持红外传感器的当前性能(也就是说，NETD小于或等于50mK)的同时，提高红外图像的获取速度。
发明内容
为了解决该技术问题，本发明提供将各像素中的读出电路与包括几个组件的积分器组装件集成。为了集成该读出电路，本发明还提供使得能够使热化微测辐射热计偏移到各像素外部的组装件。因此，可以使用热化微测辐射热计或热化微测辐射热计的组装件来进行红外传感器的像素中的多个像素或甚至所有像素的电流略读。
为此，本发明涉及一种红外传感器，包括按行和按列并置的像素的组装件，各像素集成经由注入晶体管连接在参考电压和积分节点之间的成像用微测辐射热计，所述注入晶体管具有使得能够设置所述成像用微测辐射热计两端的电压的栅极电压，使得由于红外辐射而引起的所述成像用微测辐射热计的电阻变化导致流经所述成像用微测辐射热计的电流的变化。
本发明的特征在于，所述红外传感器在各像素的表面下方包括积分器组装件，所述积分器组装件包括：
-在所述积分节点和输出节点之间的被组装为放大器的晶体管；以及
-在所述输出节点和所述积分节点之间的以反馈形式组装在所述晶体管上的电容器；
所述积分节点连接到略读晶体管，所述略读晶体管与偏移到所述像素外部的略读控制晶体管作为电流镜进行操作，根据至少一个热化微测辐射热计的温度来控制穿过所述略读控制晶体管的略读电流，电流镜组装件使得能够将流经所述略读控制晶体管的所述略读电流发送到所述积分节点上，以使得所述电容器对流经所述成像用微测辐射热计的所述电流与所述略读电流之间的差进行积分。
因此，本发明使得能够将读出电路集成在各像素中以从红外传感器的像素进行同时读取。利用该快照捕获，本发明使得能够获得以与帧时间等同的积分时间进行操作的红外检测器。红外检测器可以有利地得到改进，并且使得能够利用小于或等于50mK的NETD每秒获取多达500个图像。
在现有技术中，为了获得小于或等于50mK的NETD，行时间约为每秒64个图像，而成像用微测辐射热计的偏置电流是约几微安。
该偏置电流是施加到成像用微测辐射热计两端的电压和通过成像用微测辐射热计的构造所获得的电阻率的函数。
根据本发明的实施例，所述成像用微测辐射热计的电阻在30℃温度的情况下在从40到60MΩ的范围内。在现有技术中，成像用微测辐射热计传统上包括在环境温度的情况下基本等于1MΩ的电阻。使用这种高得多的电阻使得能够修改操作点、以及特别是成像用微测辐射热计的偏置电流。
在现有技术中，几微安的电流引起成像用微测辐射热计的自热。使用各像素中所集成的读出电路使得能够使用从几十秒到数毫秒的可变积分时间，并且检测器偏置点可急剧减小以保持NETD小于或等于50mK。
为此，可以使用与现有技术相比小50倍的偏置电流，该偏置电流不会使成像用微测辐射热计进入其热失控区域。
操作点的修改使得能够获得“连续”操作模式，也就是说，无需使用预充电阶段。因此，可以完全修改红外传感器的操作，这是因为非冷却型检测器的现有技术实现具有读出阶段和预充电阶段的“脉冲式”操作以限制成像用微测辐射热计的热失控。
根据实施例，所述略读电流在从50到200纳安的范围内。
将偏置减小到几十纳安这一事实意味着本实施例中所使用的CMOS技术不应引入CMOS晶体管的泄漏电流，其中泄漏电流有可能在各像素级干扰集成电路。某些CMOS技术尽管晶体管电关断还具有晶体管的几纳安的泄漏电流，因此技术的选择是非常重要的一点。优选地，CMOS技术应使得能够获得泄漏电流小于1nA的晶体管。
此外，使用极低偏置电流使得能够限制读出电路的功耗，并由此限制红外检测器的一般功耗。实际上，与针对红外检测器的各列布置读出电路的传统装置相反，每个像素使用一个读出电路存在增加红外检测器的功耗的风险。通过使用比现有技术中所使用的偏置电流低得多的偏置电流，本实施例使得能够控制红外检测器的功耗。
由读出电路进行的该偏置和放大是可见范围中的在本发明和集成在各像素中的现有读出电路之间的两个不同要素。实际上，在可见范围中，不需要施加电压偏置或放大来读取各像素的值，使得将读出电路集成在各像素中更简单。
略读电流是由电流镜组装件获得的，该电流镜组装件具有包括至少一个热化微测辐射热计的偏移部分。该偏移部分优选对于所有像素是共同的。可以使用单个热化微测辐射热计来形成略读电流。
作为变形，可以在偏移部分的级别并联地组装多个热化微测辐射热计，以提高略读电流的准确度。
例如，五个热化微测辐射热计可以容易地积分，这与使用单个热化微测辐射热计的现有技术相反，因为其必须在所有列上重复以进行同一行的同时积分。
根据实施例，基于偏移到所述像素外部的偏置控制晶体管、根据至少一个热化微测辐射热计的温度来控制所述注入晶体管的所述栅极电压。
因此，以与略读电流相同的方式，可以通过并联组装的五个热化微测辐射热计来获得注入晶体管的栅极电压。本实施例使得能够与现有技术相比更高效地抑制与基板温度链接的变化。
优选地，通过在放大器组装晶体管的与耦接到所述输出节点的端子相反的端子的级别施加参考电压来进行所述放大器组装晶体管的偏置。
参考电压优选地是由二极管组装晶体管施加的。本实施例使得能够限制读出电路的体块。根据所使用的CMOS技术，正向组装二极管两端的电压为约0.7V。该电压使得能够设置CTIA的低饱和级别的值，其对应于接收到极低级别的红外通量。该组装件有利地代替参考电压应分配给整个阵列的解决方案。
除了积分节点的偏置之外，优选地通过施加在从0.5到2微安的范围内的电流来偏置所述输出节点。
此外，输出节点优选地耦接到由开关和电容器形成的开关电容滤波器。本实施例使得能够减小噪声的带宽，这是因为噪声的带宽取决于电容器的电容值以及积分频率。
在开关电容滤波器的输出处，该组装件优选地包括读出电容器，该读出电容器用于在积分之后进行充电，以使得能够在进行另一积分的同时读取读出电路的所得电压。优选地，形成开关电容滤波器所需的开关和向读出电容器中的电荷转移是通过晶体管以开关模式进行操作所形成的。
此外，读出电路的输出可以由被组装为电压跟随器的晶体管形成。本实施例使得输出信号阻抗匹配变得容易。
优选地，红外传感器的各像素的间距小于或等于25毫米。
附图说明
通过阅读结合附图仅作为示例提供的以下说明，将更好地理解本发明，其中相同的附图标记指定相同或相似的元件，在附图中：
图1示出现有技术的读出和略读电路布置在列底部处的红外传感器；
图2示出从图1的成像用微测辐射热计的读取的等效电气图；
图3示出根据本发明实施例的集成在红外传感器的像素下方的读出电路；
图4示出根据本发明实施例的用于连接到图3的读出电路的偏移略读控制电路；以及
图5示出根据本发明实施例的用于连接到图3的读出电路的偏移偏置控制电路。
具体实施方式
图3示出集成在红外传感器的各像素的表面下方的成像用微测辐射热计的读出电路11。成像用微测辐射热计的结构与现有技术中所述的结构类似，也就是说，成像用微测辐射热计集成了对红外辐射敏感的膜状物，该膜状物的电阻率根据由该膜状物所捕获的红外辐射而变化。该膜状物通过至少两个焊盘耦接到图3所示的读出电路11。
在该读出电路11内，由焊盘和膜状物形成的组装件由测辐射热电阻器Rac图示，该测辐射热电阻器Rac与各像素的成像用微测辐射热计的可变电阻相对应。不同于现有技术的膜状物，成像用微测辐射热计的膜状物是以这样的方式形成的：在环境温度的情况下成像用微测辐射热计的电阻在从40到60MΩ的范围内。典型地，对于30℃温度，膜状物可被形成为具有50MΩ的电阻。该特定电阻传统上可以通过调整形成膜状物的材料的厚度和/或膜状物的设计(例如，支撑件和散热臂的长度)来实现。
在成像用微测辐射热计下方，基板集成包括在图3的读出电路11中示出的所有其他组件的CMOS级。该读出电路11优选由表现出小于1nA的泄漏电流的晶体管形成。
如图3所示，读出电路11包括注入晶体管N2，注入晶体管N2使得能够利用其栅极电压GAC设置成像用微测辐射热计两端的电压Vac。因此，成像用微测辐射热计两端的电压Vac是固定的，并且是由图5的组装件经由栅极电压GAC施加的。此外，成像用微测辐射热计还连接到电压源VDET(优选为读出电路11的地电位)。在图3的示例中，成像用微测辐射热计通过NMOS型注入晶体管N2连接到读出电路11的底部。作为变形，在不会改变本发明的情况下，可以倒置该电路的左侧部分，并且成像用微测辐射热计可以经由PMOS晶体管连接到读出电路的顶部。
除了源极耦接到成像用微测辐射热计之外，注入晶体管N2的漏极连接到积分节点Ne。该积分节点Ne还连接到PMOS型略读晶体管P1。略读晶体管P1耦接到恒压源VSK。该略读晶体管P1的栅极电压GCM连接到偏移电路19(图4)，该偏移电路19使得能够向不同像素的所有读出电路11发送略读控制信号。作为变形，在不会改变本发明的情况下，可以将多个偏移电路19用于集成在不同像素下方的不同读出电路。此外，在不会改变本发明的情况下，可以倒置该电路的左侧部分，并且略读晶体管P1可以由NMOS晶体管形成。
积分节点Ne还耦接到被组装为放大器的晶体管N4的栅极，以形成电容器Cint以反馈形式组装在输出节点No和积分节点Ne之间的CTIA型组装件。因此，晶体管N4的漏极连接到输出节点No，而该晶体管N4的栅极连接到积分节点Ne。输出节点No还连接到开关RAZ，该开关RAZ使得能够将电容器Cint短路以使积分复位。
为了获得与CTIA型积分器的下饱和阈值等同的恒压，晶体管N4的源极经由二极管D1连接到恒压VDET。优选地，该二极管D1由二极管组装晶体管形成。
此外，输出节点还耦接到连接在恒压VSK和输出节点No之间的电流源，以将固定电流(例如，1μA)施加在晶体管N4的漏极上，并且使晶体管N4偏置。
例如，用约100nA的电流Icm偏置注入晶体管N2。
流经测辐射热电阻器Rac的电流Iac对应于偏置电流Icm加上由于测辐射热电阻器Rac的电阻变化而引起的电流变化。在积分节点Ne的级别，从电流Iac减去偏置电流Icm，并且仅由于测辐射热电阻器Rac的电阻变化而引起的电流变化在电容器Cint中被积分。
在输出节点No的级别，读出电路11还包括开关电容滤波器，该开关电容滤波器包括开关PART、以及连接在开关PART和恒压VDET之间的电容器Cpart。在开关PART接通时，积分电容器Cint中存在的电荷被转移到存储电容器Cpart。然后，可以断开开关PART，并且可以在开关RAZ接通后在几毫秒内进行新的积分。
类似地，然后，在开关SH接通时，电容器Cpart中存在的电荷可被转移到连接在开关SH和恒压VDET之间的读出电容器Clec。从该电容器Clec的读取是由漏极连接到电压VSK且源极经由开关LEC(i,j)耦接到输出信号VOUT的NMOS型输出晶体管SF获得的。
在红外传感器需要读取与图3的读出电路相对应的像素的情况下，使用阵列中的像素的i和j坐标来控制开关LEC(i,j)并获得电容器Clec两端的电压值。
除了存在于各像素的级别的这些元件之外，图4和图5所示的电路优选对于所有像素是共用的，以输送晶体管N2和P1的栅极电压GAC和GCM。
图4示出利用电路19生成栅极电压GCM，该电路19集成并联组装的具有等效电阻Rcm的五个热化微测辐射热计。优选地，这些热化微测辐射热计是以与像素的成像用微测辐射热计相同的方式形成的，并且具有相同的电阻率。然而，这些热化微测辐射热计利用保护屏蔽件与所观察到的场景绝缘，使得这些热化微测辐射热计仅捕获与图像的焦平面的温度变化相对应的基板的温度变化。
在现有技术中，在各列的各读出电路的级别使用热化微测辐射热计：因此，存在与阵列中的列一样多的热化微测辐射热计。在本发明中，这五个热化微测辐射热计足以输送所有的栅极电压GCM，这显著减小了为了形成这些热化微测辐射热计而在像素周围使用的表面积，同时通过对流经多个热化微测辐射热计的电流求平均来提高略读电流Icm的准确度。
在电路19中，源自于未示出的数模转换器的电压Vav使得能够调整栅极电压GCM，并且更特别地，调整用于在各读出电路11的晶体管P1与积分节点Ne之间流动的电流Icm。为此，五个热化微测辐射热计连接在恒压VDET和NMOS型晶体管N1的源极之间。
该晶体管N1的栅极连接到运算放大器的输出，该运算放大器的正输入耦接到电压Vav，并且其负输入耦接到该晶体管N1的源极。晶体管N1的漏极连接到PMOS型晶体管P1b的漏极。该晶体管P1b的源极连接到恒压VSK，并且该晶体管P1b的栅极电压使得能够输送电压GCM。
此外，该晶体管P1b以漏极耦接到栅极的反馈方式组装以与晶体管P1形成电流镜，其中在该电流镜中，由热化微测辐射热计获得的电流Icm在晶体管P1和积分节点Ne之间被复制。如果图3的读出电路11的左侧组装件被倒置，则该电路19也必须被倒置。
图5的组装件接近图4的组装件，不同之处在于：栅极电压GAC不是在PMOS晶体管P2的栅极的级别提取，而是在NMOS晶体管N2b的栅极的级别提取。施加在运算放大器的输入处的电压Vac使得能够通过晶体管N2和N2b之间的电流镜操作来设置成像用微测辐射热计两端的电压。
类似地，电流Icm2由图3的晶体管N2和图5的电路21的N2b之间的电流镜组装件复制。然而，流经测辐射热电阻器Rac的电流Iac并不直接等同于Icm2，因为电流Iac取决于由红外通量引起的成像用微测辐射热计变热。
因此，利用这些非常少的组件，本发明使得能够获得红外传感器的所有像素的非常准确的读取。
此外，图3的读出电路11的元件可以集成在各像素的表面下方，以获得红外图像的所有像素的同时读取。由此，红外图像获取速度特别是对于高分辨率(以及例如1280×1024个像素)显著优化。
Claims (11)
1.一种红外传感器，包括按行和按列并置的像素的组装件，各像素集成经由注入晶体管(N2)连接在参考电压(VDET)和积分节点(Ne)之间的成像用微测辐射热计(Rac)，所述注入晶体管(N2)具有使得能够设置所述成像用微测辐射热计(Rac)两端的电压(Vac)的栅极电压(GAC)，使得由于红外辐射而引起的所述成像用微测辐射热计(Rac)的电阻变化导致流经所述成像用微测辐射热计(Rac)的电流(Iac)的变化，
其特征在于，所述红外传感器在各像素的表面下方包括积分器组装件，所述积分器组装件包括：
-在所述积分节点(Ne)和输出节点(No)之间的被组装为放大器的晶体管(N4)；以及
-在所述输出节点(No)和所述积分节点(Ne)之间的以反馈形式组装在所述晶体管(N4)上的电容器(Cint)；
所述积分节点(Ne)连接到略读晶体管(P1)，所述略读晶体管(P1)与偏移到所述像素外部的略读控制晶体管(P1b)作为电流镜进行操作，根据至少一个热化微测辐射热计(Rcm)的温度来控制流经所述略读控制晶体管(P1b)的略读电流(Icm)，电流镜组装件使得能够将流经所述略读控制晶体管(P1b)的所述略读电流(Icm)发送到所述积分节点(Ne)上，以使得所述电容器(Cint)对流经所述成像用微测辐射热计(Rac)的所述电流(Iac)与所述略读电流(Icm)之间的差进行积分。
2.根据权利要求1所述的红外传感器，其中，基于偏移到像素外部的偏置控制晶体管(N2b)、根据至少一个热化微测辐射热计(Rcm)的温度来控制所述注入晶体管(N2)的所述栅极电压(GAC)。
3.根据权利要求1或2所述的红外传感器，其中，所述略读电流(Icm)在从50到200纳安的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的红外传感器，其中，所述红外传感器包括具有小于1nA的泄露电流的晶体管(N1,N2,N2b,N4,P1,P1b,P2,SF)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的红外传感器，其中，所述成像用微测辐射热计(Rac)针对30℃温度具有从40到60MΩ的范围内的电阻。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的红外传感器，其中，通过在放大器组装晶体管(N4)的与耦接到所述输出节点(No)的端子相反的端子的级别施加参考电压(VBUS)来进行所述放大器组装晶体管(N4)的偏置。
7.根据权利要求6所述的红外传感器，其中，所述参考电压(VBUS)是由二极管组装晶体管(D1)施加的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的红外传感器，其中，所述输出节点(No)是通过施加在从0.5到2微安的范围内的偏置电流(Ipo)来偏置的。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的红外传感器，其中，所述输出节点(No)耦接到由开关(PART)和电容器(Cpart)形成的开关电容滤波器。
10.根据权利要求9所述的红外传感器，其中，所述开关电容滤波器耦接到读出电容器(Clec)，所述读出电容器用于在所述积分之后被充电，以允许在进行另一积分的同时读取电压。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的红外传感器，其中，所述输出节点(No)耦接到被组装为电压跟随器的晶体管(SF)。
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