CN212012845U - 具有分区式模拟到数字转换的像素读出的系统 - Google Patents

Abstract

提供了具有分区式模拟到数字转换的像素读出的系统。一种用于检测的装置包括检测器、与检测器耦合的电容器、与电容器耦合的计数器电路、与电容器耦合的重置电路以及处理电路。检测器被配置为检测与场景相关联的电磁辐射并且生成关联的检测信号。电容器被配置为在积分时段期间基于检测信号累积电压。计数器电路被配置为在积分时段期间基于电压和参考电压的比较来调整计数器值。重置电路被配置为在积分时段期间基于该比较来重置电容器。处理电路被配置为在积分时段已逝去时基于计数器值来生成数字检测器输出。

Description

具有分区式模拟到数字转换的像素读出的系统

技术领域

一个或多个实施例概括而言涉及检测装置，更具体而言例如涉及具有分区式模拟到数字转换的像素读出的系统和方法。

背景技术

在生成指示检测到的信号的幅值的数字表示时更细的粒度可与更高的功率耗散相关联。在一些情况下，与生成数字表示相关联的功率耗散可取决于检测到的信号的幅值。另外，更细的粒度可受到噪声的不利影响。

实用新型内容

在一个或多个实施例中，一种方法包括在积分时段期间由第一电容器基于由检测器接收到的电磁辐射来累积第一电压。该方法还包括在积分时段期间在第一电压超过参考值时调整计数器值。该方法还包括在积分时段期间在第一电压超过参考值时重置第一电压。该方法还包括在积分时段期间重复累积、调整和重置直到积分时段已逝去为止。该方法还包括当积分时段已逝去时确定第一电容器上的残余电压。该方法还包括在第二电容器上维持该残余电压。该方法还包括基于计数器值和残余电压生成数字检测器输出。

在一个或多个实施例中，一种装置包括检测器，该检测器被配置为检测电磁辐射并且基于检测到的电磁辐射来生成检测信号。该装置还包括与检测器耦合的第一电容器。第一电容器被配置为在积分时段期间基于检测信号累积第一电压。该装置还包括与第一电容器耦合的计数器电路。该计数器电路被配置为在积分时段期间基于第一电压和参考电压的比较来调整计数器值。该装置还包括与第一电容器耦合的第一重置电路。该第一重置电路被配置为在积分时段期间基于该比较来重置第一电容器。该装置还包括第二电容器，该第二电容器被配置为在积分时段已逝去时接收第一电容器上的残余电压。该装置还包括处理电路，该处理电路被配置为基于计数器值和残余电压生成数字检测器输出。

在一个或多个实施例中，一种方法包括响应于入射场景为多个活跃单位单元中的每一者生成相应的第一计数器值。该方法还包括为多个参考单位单元中的每一者生成相应的第二计数器值。该方法还包括基于第二计数器值确定缓冲区。该方法还包括基于缓冲区识别第一计数器值的子集。该方法还包括识别第一计数器值的剩余部分。该方法还包括利用预定值调整该子集中的每个第一计数器值以获得经调整的第一计数器值。该方法还包括至少基于经调整的第一计数器值和第一计数器值的剩余部分来生成与入射场景相关联的重建图像数据。

在一个或多个实施例中，一种装置包括多个活跃单位单元，其中每个活跃单位单元包括被配置为响应于入射场景而生成输出的检测器。该装置还包括多个参考单位单元，其中每个参考单位单元包括被配置为生成输出的检测器。该装置还包括处理器电路，该处理器电路被配置为对于多个活跃单位单元中的每个活跃单位单元基于该活跃单位单元的相应输出来生成相应的第一计数器值。处理器还被配置为对于多个参考单位单元中的每个参考单位单元基于该参考单位单元的相应输出来生成相应的第二计数器值。处理器还被配置为基于第二计数器值确定缓冲区。处理器还被配置为基于缓冲区识别第一计数器值的子集。处理器还被配置为识别第一计数器值的剩余部分。处理器还被配置为利用预定值调整该子集中的每个第一计数器值以获得经调整的第一计数器值。处理器还被配置为至少基于经调整的第一计数器值和第一计数器值的剩余部分来生成与入射场景相关联的重建图像数据。

在一个或多个实施例中，一种装置包括检测器，该检测器被配置为检测电磁辐射并且基于检测到的电磁辐射来生成检测信号。该装置还包括与检测器耦合的第一电容器，其中第一电容器被配置为在积分时段期间基于检测信号来累积第一电压。该装置还包括与第一电容器耦合的计数器电路，其中计数器电路被配置为在积分时段期间基于第一电压和参考电压的比较来调整计数器值。该装置还包括与第一电容器耦合的重置电路，其中重置电路被配置为在积分时段期间基于该比较来重置第一电容器。该装置还包括处理电路，该处理电路被配置为在积分时段已逝去时至少基于计数器值来生成数字检测器输出。

在一个或多个实施例中，一种方法包括在积分时段期间由第一电容器基于由检测器接收到的电磁辐射来累积第一电压；由比较器将第一电压与参考电压相比较；由计数器电路在第一电压超过参考电压时调整计数器值；当第一电压超过参考电压时重置第一电压；并且重复累积、比较、调整和重置，直到积分时段已逝去为止。该方法还包括基于积分时段已逝去时的计数器值生成数字检测器输出。

本实用新型的范围由权利要求限定，权利要求被通过引用并入到本部分中。通过考虑接下来对一个或多个实施例的详细描述，将向本领域技术人员提供对本实用新型的实施例的更完整理解，以及对其附加优点的实现。将参考首先将简要描述的附图。

附图说明

图1A根据本公开的实施例图示了焦平面阵列的示例的高级别框图。

图1B根据本公开的实施例图示了图1A的焦平面阵列的详细框图的示例。

图2根据本公开的实施例图示了单位单元的示例。

图3根据本公开的实施例图示了单位单元和关联电路的示例。

图4根据本公开的实施例图示了用于促进具有分区式模拟到数字转换的像素读出的示例过程的流程图。

图5根据本公开的实施例图示了单位单元和关联电路的示例。

图6A根据本公开的实施例图示了由焦平面阵列的活跃单位单元捕捉的示例场景。

图6B根据本公开的实施例图示了由焦平面阵列的参考单位单元成像的示例结构。

图7根据本公开的实施例图示了作为时间的函数的针对活跃和参考单位单元的计数器值和关联的可变性的图线。

图8根据本公开的实施例图示了当从图6A的场景捕捉图像数据时活跃单位单元的计数器值的示例分布的图线。

图9根据本公开的实施例图示了参考单位单元的计数器值的示例分布的图线。

图10根据本公开的实施例图示了表示基于图8和图9中所示的分布生成的重建图像数据的示例分布的图线。

图11根据本公开的实施例图示了表示基于图10中所示的分布生成的重建图像数据的示例分布的图线。

图12根据本公开的实施例图示了用于促进具有计数器值环回的像素读出的示例过程的流程图。

图13根据本公开的实施例图示了用于确定缓冲区的示例过程的流程图。

图14根据本公开的实施例图示了其中活跃单位单元循环相同次数的示例。

图15A、15B和图16根据本公开的一个或多个实施例图示了单位单元的示例。

图17根据本公开的实施例图示了单位单元的各种节点处和各种信号的电压电平的定时图。

图18根据本公开的实施例图示了用于促进噪声减轻的电路的示例。

图19根据本公开的实施例图示了与图18的电路的操作相关联的定时图的示例。

图20A至20D根据本公开的实施例图示了图18的电路的操作。

图21根据本公开的实施例图示了控制信号生成器电路的示例。

通过参考接下来的详细描述最好地理解本公开的实施例及其优点。应当明白，相似的标号被用于识别在一幅或多幅附图中图示的相似元素。

具体实施方式

以下记载的详细描述打算作为对本技术的各种配置的描述，而并不打算表示可用来实现本技术的唯一配置。附图被并入在此并且构成详细描述的一部分。详细描述包括用于提供对本技术的透彻理解的具体细节。然而，本领域技术人员将会清楚且明白，本技术不限于本文记载的具体细节并且可利用一个或多个实施例来实现。在一个或多个场合中，以框图形式示出结构和组件以避免模糊本技术的构思。本公开的一个或多个实施例由一幅或多幅附图来图示和/或被联系一幅或多幅附图来描述并且被记载在权利要求中。

图1A根据本公开的实施例图示了焦平面阵列(focal plane array， FPA)100的高级别框图。然而，不是所有描绘的组件都是必要的，并且一个或多个实施例可包括附图中没有示出的额外组件。在不脱离如本文记载的权利要求的精神或范围的情况下，可做出组件的布置和类型的变动。可提供额外的组件、不同的组件和/或更少的组件。

FPA 100包括单位单元阵列110、列复用器120和140、列放大器130 和150、行复用器160、控制偏置和定时电路170、数字到模拟转换器 (digital-to-analog converter，DAC)180和数据输出缓冲器190。单位单元阵列110包括单位单元的阵列。在一方面中，每个单位单元可包括检测器和接口电路。检测器可接收电磁辐射(electromagneticradiation，EM)并且响应于接收到的EM辐射提供检测器信号(例如，电荷、电流、电压或其他类型的信号)。在一方面中，可在积分时间(也被称为积分时段)内接收EM辐射。积分时间可以是或者可以指示开始于由单位单元的检测器收集(例如，捕获并保留)EM辐射的时间并且结束于读出收集的EM辐射的时间的时间间隔。EM辐射一般可以指EM频谱中的任何辐射并且可被称为EM辐射束、EM束、光、束或者其变体(例如，EM光束)。术语“光”可包括可见光、红外光、紫外光或者概括而言EM频谱的任何部分。

每个单位单元的接口电路可响应于由单位单元的检测器提供的检测器信号而提供输出信号，例如输出电压或电流。输出信号可指示由检测器接收到的EM辐射的幅值。列复用器140、列放大器150、行复用器160和数据输出缓冲器190可用于在数据输出线192上以数据输出信号的形式提供来自单位单元阵列110的输出信号。数据输出信号可以是由FPA 100的像素值形成的图像。就此而言，列复用器140、列放大器150、行复用器 160和数据输出缓冲器190可总体提供FPA 100的读出集成电路(readout integrated circuit，ROIC)。

在一方面中，列放大器150一般可表示对于给定的应用(模拟的和/或数字的)适当的任何列处理电路，而不限于用于模拟信号的放大器电路。就此而言，列放大器150在这种方面中可更一般地被称为列处理器。由列放大器150接收到的信号，例如模拟总线上的模拟信号和/或数字总线上的数字信号，可根据信号的模拟或数字性质被处理。作为示例，列放大器 150可包括用于处理数字信号的电路。作为另一示例，列放大器150可以是一条路径(例如，没有处理)，来自单位单元的数字信号行经该路径以去到列复用器140。作为另一示例，列放大器150可包括用于将模拟信号转换成数字信号的ADC。这些数字信号可被提供给列复用器140。

每个单位单元可接收偏置信号(例如，偏置电压、偏置电流)以偏置单位单元的检测器以对例如由温度的变动、制造差异和/或其他因素引起的单位单元的不同响应特性进行补偿。例如，控制偏置和定时电路170可生成偏置信号并将其提供到单位单元。通过向每个单位单元提供适当的偏置信号，单位单元阵列110可被有效地校准以响应于入射在单位单元的检测器上的光(例如，红外光)提供准确的图像数据。

在一方面中，控制偏置和定时电路170可生成偏置值和定时控制电压。在一些情况下，DAC 180可将作为数据输入信号线182上的数据输入信号或者作为该数据输入信号的一部分接收的偏置值转换成偏置信号(例如，(一条或多条)模拟信号线184上的模拟信号)，这些偏置信号可通过列复用器120、列放大器130和行复用器160的操作被提供给个体单位单元。例如，(一条或多条)模拟信号线184上的模拟信号可被利用来为单位单元阵列110的每个单位单元设置参考电压。不同的单位单元可具有不同的参考电压。在另一方面中，控制偏置和定时电路170可生成偏置信号(例如，模拟信号)并且在不利用DAC 180的情况下将偏置信号提供给单位单元。就此而言，一些实现方式不包括DAC 180、数据输入信号线182和/或(一条或多条)模拟信号线184。

在一方面中，如图1A中所示，FPA 100可实现为成像装置101的一部分。除了FPA100的各种组件以外，成像装置101还可包括一个或多个处理器、存储器、逻辑、显示器、接口、透镜和/或在各种实现方式中可适当的其他组件。在一方面中，数据输出线192上的数据输出信号可被提供到处理器(未示出)以便进一步处理。例如，数据输出信号可以是由来自FPA 100的单位单元的像素值形成的图像。处理器可执行诸如非均匀性校正(non-uniformity correction，NUC)、空间和/或时间滤波和/或其他操作之类的操作。图像(例如，经处理的图像)可被存储在存储器(例如，在成像装置101外部或者在成像装置101本地)中和/或被显示在显示装置 (例如，在成像装置101外部和/或与成像装置101集成)上。

在一方面中，成像装置101可以是或者可以包括红外(IR)成像装置 (例如，IR相机)或者可以是其一部分。IR成像装置可捕捉(例如，检测、感测)具有在从大约700nm到大约1mm的范围或者其一部分中的波长的IR辐射。例如，在一些方面中，IR图像捕捉电路105可对中波IR (mid-wave IR，MWIR)辐射(例如，具有2-5μm的波长的电磁辐射) 和/或长波IR(long-wave IR，LWIR)辐射(例如，具有7-14μm的波长的电磁辐射)敏感(例如，更好地检测这些辐射)。作为非限制性示例， FPA 100的阵列大小可以为1024×1024、2048×2048、4096×4096、 8192×8192和/或其他阵列大小。在一些情况下，阵列大小可具有与列大小 (例如，列中的检测器的数目)不同的行大小(例如，行中的检测器的数目)。帧率的示例可包括30Hz、60Hz和120Hz。在一些方面中，更大的阵列大小可与更低的帧率相关联。

图1B根据本公开的实施例图示了FPA 100的详细框图的示例。然而，不是所有描绘的组件都是必要的，并且一个或多个实施例可包括附图中没有示出的额外组件。在不脱离如本文记载的权利要求的精神或范围的情况下，可做出组件的布置和类型的变动。可提供额外的组件、不同的组件和/或更少的组件。图1A的描述一般适用于图1B，这里为了清晰和简单提供了差异的示例和其他描述。

除了图1A中所示的各种组件以外，图1B还图示了列使能线121和 141、采样保持电路122和152、列输入线132、列输出线134和行使能线 162。列寻址复用器120可通过列使能线121操作采样保持电路122以选择性地将偏置电压从DAC 180通过列放大器130和列输入线132提供到单位单元阵列110的一列或多列。

如图1B中所示，单位单元阵列110的每个单位单元112可包括输入开关114、输出开关116和主电路118。主电路118可包括检测器和一个或多个电容器。输入开关114可被行复用器160通过行使能线162选择性闭合以将偏置电压从列输入线132提供到主电路118。例如，偏置电压可被提供到主电路118的一个或多个电容器。输入开关114可被选择性地断开以将主电路118与列输入线132隔离，例如在偏置电压被主电路118的一个或多个电容器存储之后。结果，主电路118可实际上与列输入线132 解除耦合(例如，与偏置电压供应电路解除耦合)并从而可在单位单元阵列110在一个或多个积分时段期间检测一个或多个图像帧时保持相对无噪声。

在一些实施例中，不需要为每个图像帧向每个单位单元112重新提供偏置电压。替代地，偏置电压可被每个单位单元112保留(例如，存储在每个单位单元112的一个或多个电容器上)许多个积分时段(例如，在各种实施例中从几个到数百个或者甚至数千个积分时段不等)。在另一实施例中，可为每个图像帧(例如，为每个积分时段)向每个单位单元112提供偏置电压。

如前所述，单位单元112可响应于由检测器接收到的EM辐射(例如，IR光)而提供输出信号。输出开关116可被行复用器160通过行使能线162选择性地闭合以从主电路118向列输出线134提供输出信号，例如输出电压或电流。在一个实施例中，输入开关114和输出开关116可被不同的行使能线162独立操作。在另一实施例，输入开关114和输出开关 116可被共享的行使能线162基本同时操作。列寻址复用器140可通过列使能线141操作采样保持电路152以选择性地将来自列输出线134的输出信号提供到数据输出缓冲器190。

在一个实施例中，列复用器120和行复用器160可用于将偏置电压加载到单位单元112中。例如，与单位单元112的一行相关联的偏置电压可被采样保持电路122响应于通过列使能线121提供的列使能信号而采样，然后响应于通过行使能线162提供的行使能信号而被加载到单位单元的期望行中。随后，与单位单元112的下一行相关联的下一组偏置电压可被采样保持电路122采样，然后被加载到单位单元112的下一行中。此过程可继续，直到已向所有单位单元112提供了偏置电压以完成整个帧为止。

在一个实施例中，每个单位单元112可被配置为选择性地将其偏置电压与单位单元112的其他部分隔离，直到主电路118执行积分(例如，光检测操作)为止。例如，每个单位单元112可最初把从连接的列输入线 132接收的偏置信号存储在一电容器上，该电容器在其他偏置信号被加载到其他单位单元112中时保持与主电路118的检测器断开连接。在积分时段之前，通过闭合单位单元112的适当开关，所有单位单元112的电容器可基本同时被连接到这种单位单元112的一个或多个其他电容器和/或检测器。

图2根据本公开的实施例图示了单位单元200的示例。然而，不是所有描绘的组件都是必要的，并且一个或多个实施例可包括附图中没有示出的额外组件。在不脱离如本文记载的权利要求的精神或范围的情况下，可做出组件的布置和类型的变动。可提供额外的组件、不同的组件和/或更少的组件。

单位单元200包括检测器205、晶体管210、电容器215、开关220、比较器225和计数器电路230。作为非限制性示例，检测器205可以是光电检测器(例如，雪崩光电检测器、红外光电检测器、量子阱红外光电检测器)、辐射热测定器(例如，微辐射热测定器)或者能够将EM辐射 (例如，一定波长的EM辐射)转换成检测器信号(例如，检测器电流) 的其他检测器。检测器205连接到被表示为V_DETCOM的检测器电压电源和晶体管210。检测器205可基于捕捉到的EM辐射生成检测器信号(例如，检测器电流)。偏置信号(例如，偏置电压I_G)可被施加到晶体管 210(例如，晶体管210的栅极)并且可允许晶体管210基于在积分时段期间入射在检测器205上的EM辐射(例如，IR光)将来自检测器205的检测器信号提供到电容器215。例如，检测器信号可通过直接注入被提供到电容器215。在一方面中，偏置信号可由图1A中所示的控制偏置和定时电路170提供。

晶体管210和电容器215之间的节点218处的电压v_x随着检测器信号 (例如，检测器电流)被提供到电容器215并且被电容器215积分而幅值增大。在一方面中，电压v_x可被称为积分电压并且节点218可被称为积分节点。就此而言，电压v_x可以是其斜率与检测器信号的幅值成比例的电压斜坡。检测器信号的幅值与由检测器205捕捉的EM辐射的幅值成比例。比较器225将电压v_x与参考电压V_REF相比较。在一方面中，图1A中所示的(一条或多条)模拟信号线184上的模拟信号可允许为不同的单位单元设置不同的V_REF。例如，单位单元200的参考电压V_REF可不同于另一单位单元的参考电压V_REF。在一方面中，参考电压V_REF可以是或者可被称为可控电压阈值电平或者每像素参考电压。作为示例，参考电压V_REF可在 1.5V和2.5V之间。

当电压v_x超过参考电压V_REF时(例如，在幅值上超过)，比较器225 可生成一个或多个输出来递增计数器值并且引起电容器215的重置。就此而言，比较器225的输出可使得计数器电路230递增计数器值。比较器 225的输出可使得开关220被闭合并且使得电容器215放电。在一些情况下，单个输出可被路由到开关220和计数器电路230两者。在一方面中，沿着比较器225和开关220之间的路径可提供额外的电路。例如，缓冲器 (例如，非反相缓冲器、反相器)可被提供来适当地缓冲由比较器225提供到开关220的控制信号。对这种缓冲器的使用可促进与电容器215处的积分和电容器215的重置相关联的适当定时。

在一方面中，比较器225可在电压v_x不超过参考电压V_REF时生成逻辑电平“0”的输出信号。例如，比较器225可包括或者可耦合到生成逻辑电平“0”的输出信号的1比特模拟到数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)。在电压v_x超过参考电压V_REF的时刻，1比特ADC可将其输出信号从逻辑电平“0”转变到逻辑电平“1”以使得计数器电路230递增计数器值并且使得开关220被闭合以重置电容器215。就此而言，比较器225可生成数字输出或者可生成能够被转换(例如，经由1比特ADC转换)成数字值(例如，0或1)的模拟输出。一旦电容器215被重置(例如，被清除电压)，开关220就可被断开并且转换过程(例如，电容器215对检测器信号的积分、计数器电路230递增计数器值、以及重置电容器215)的另一次循环可被执行。转换循环可在积分时段的持续期间执行。就此而言，计数器电路230的输出是指示检测器信号的幅值的一部分的计数器值(例如，可利用比特表示)。在一方面中，在转换循环期间，开关240可被断开(例如，处于关断状态中)以允许电容器215对检测器信号的积分。在一方面中，开关220可被认为是重置电容器215的重置电路。

当开关255被闭合时，在积分时段结束时计数器电路230的计数器值可被提供到数字总线265以由列电路(例如，图1A和1B中的140、150 和/或152)读取。例如，当包括单位单元200的单位单元阵列(例如， 110)的一行正被读出时，开关255可被闭合。开关255可被称为行选择开关、读出开关或者行读出开关。在一方面中，计数器值可被保持(例如，缓冲)，直到被读出时为止。在一些情况下，数字总线265可将计数器值提供到列复用器140，没有任何居间处理。例如，计数器值可绕过列放大器150或者经过列放大器150而没有任何处理。在其他情况下，列放大器150可处理计数器值(例如，以促进将计数器值与和残余电压相关联的数字输出相组合)。

在积分时段结束时，节点218处的电压v_x可指示电容器215上剩余的电荷并且处于小于参考电压V_REF的电压。这种剩余电压可被称为残余电压。就此而言，残余电压是在积分时段期间捕捉的不超过参考电压V_REF的电压v_x，并且从而残余电压不会大到足以使得计数器值被计数器电路230 递增。在一方面中，残余电压指示不被计数器值涵盖的检测器信号的幅值的一部分。

残余电压可利用采样、保持和重置电路235来采样并保持。采样、保持和重置电路235包括开关240、电容器245和开关250。开关240可在积分时段结束时被闭合(例如，处于接通状态中)以允许来自电容器215的残余电压被采样、保持和重置电路235采样并保持。就此而言，开关240 可被称为采样-保持开关并且电容器245可被称为采样-保持电容器。在一方面中，残余电压可被保持直到开关260被闭合为止。例如，当包括单位单元200的单位单元阵列(例如，110)的一行正被读出时，开关260可被闭合。当开关260被闭合时，残余电压可被提供到模拟总线270以由列电路(例如，图1A和1B中的140、150和/或152)读取。开关260可被称为行选择开关、读出开关或者行读出开关。在一方面中，列电路可处理残余电压，例如将残余电压数字化(例如，利用ADC的数字转换)到相应的数字值。一旦残余电压已被读出，开关250就可被闭合以重置电容器 245。

在一方面中，各种开关240、250、255和/或260可由控制偏置和定时电路(例如，图1A中的170)提供的控制信号来控制。例如，控制信号可允许电容器215在残余电压正被从采样、保持和重置电路235读出到模拟总线270的同时对检测器信号积分。这种方面可被称为读取时积分。与在残余电压正被逐行从每个单位单元读出的时间期间检测器信号不被积分的情况相比，这种方面可提高单位单元200的效率，因为EM辐射可被连续检测和积分。行选择可对特定行关断(例如，将开关260设置到关断状态)并且将对下一行接通。行时间可以指被利用来读出给定行的每一列的时间。

一旦残余电压被转换成与残余电压相对应的数字输出，计数器值就可被与数字输出相组合以形成组合数字输出(例如，作为数据输出线192上的数据输出信号的一部分)。在一方面中，组合的数字输出可形成基于由单位单元200捕捉的EM辐射来生成的图像(例如，IR图像)的一部分 (例如，像素)。在一些情况下，与残余输出相对应的数字输出和/或计数器值可被处理(例如，校准、缩放、对齐)，以便它们可被组合以形成指示在积分时段期间捕捉的检测器信号的幅值的组合数字输出。这种处理可在片上和/或片外执行。

在一方面中，计数器值可形成或者可被处理为形成检测器信号的更高阶比特(例如，最高有效比特)，而与残余电压相关联的数字输出可形成或者可被处理为形成检测器信号的更低阶比特(例如，最低有效比特)。就此而言，与计数器值相关联的分辨率可基于计数器值的最低有效比特，因为最低有效比特与使得计数器值被递增的针对电压v_x的阈值相关联。如图2中所示，参考电压V_REF可被利用作为与电压v_x相比较的阈值。此分辨率的细调可由从残余电压获得的更低阶比特提供。

在一方面中，在数字总线265上提供的计数器值可与对应于模拟总线 270上的残余电压的数字输出被分开复用。例如，数字输出可被复用并转换(例如，在片上或片外)并且稍后被与计数器值相组合。在另一方面中，计数器值和数字输出可被一起复用。在这种情况下，计数器值的比特和从残余电压生成的比特可能需要被分离并且被分开处理(例如，缩放、校准)，然后才被组合在一起以形成组合数字输出(例如，作为数据输出线192上的数据输出信号的一部分)。一旦计数器值已被提供到数字总线 265，计数器电路230的计数器值就可被重置(例如，设置为0)。计数器值随后可在下一积分时段期间被递增。

在一方面中，单位单元200可以是或者可以包括图1B中所示的主电路118或者可以是主电路118的一部分。单位单元200可以是FPA 100的像素、可以是FPA 100的像素的一部分和/或可被称为FPA 100的像素。单位单元200可通过开关(例如，114)选择性地连接到列输入线(例如， 132)，和/或通过开关(例如，116)选择性地连接到列输出线(例如， 134)。在操作中，开关114最初可以是断开的。在一个实施例中，开关 116最初也可以是断开的。在另一实施例中，开关116最初可被闭合(例如，以允许读出由单位单元200检测到的数据值)。在一方面中，电压 V_DETCOM、电压V_REF和/或电流I_G可被施加到单位单元阵列110中的所有单位单元。基于上下文，像素可以指生成关联的像素值的检测器(例如， 205)或者从生成的像素值形成的图像的像素(例如，像素位置、像素坐标)。在一些情况下，像素可以指单位单元(例如，200)或其一部分，或者单位单元和与单位单元相关联的电路一起。单位单元内的组件可被称为像素内。例如，比较器225可被称为像素内比较器。在一些情况下，比较器(例如，225)可以是放大器、可被利用为放大器或者可被称为放大器，反之亦然。

参考图1A、1B和图2，开关114可被闭合(例如，响应于行使能线 162上的行使能信号之一)以将来自列输入线132之一的偏置信号(例如，偏置电压、偏置电流)耦合到单位单元200的晶体管210。可利用其他用来驱动晶体管210或者以其他方式将偏置信号提供到晶体管210(例如，在积分时段期间)的方式。例如，一个或多个开关和/或一个或多个电容器可存在于开关114和晶体管210的栅极之间。单位单元200可通过输出开关116被选择性地连接到列输出线134之一(例如，响应于行使能线 162上的行使能信号之一)以提供输出值(例如，计数器值、残余电压或者其数字化表示)。在一方面中，开关255和260可由图1B中的输出开关116表示。在一方面中，缓冲器可被放置在采样、保持和重置电路235 和开关260之间，以例如将残余电压与缓冲器之后的组件(例如，开关 260、列电路，等等)隔离。

在一方面中，计数器电路230可以是用于生成来自电容器215的电压的8比特表示的8比特计数器电路。例如，8比特计数器电路的输出可在0 (例如，“00000000”)和255(例如，“11111111”)之间，包括0和 255，其中每次节点218处的电压v_x超过参考电压V_REF时计数器值就被递增1。8比特计数器电路的8比特输出可被提供到数字总线265以供列电路读取。在一方面中，模拟总线270可将残余电压路由到生成残余电压的8 比特表示的8比特ADC(例如，列电路的一部分)。该转换可利用单斜率转换，或者一般而言任何其他转换技术。

在计数器电路230生成8比特计数器值并且残余电压被转换成8比特值的情况下，该对8比特输出可被组合成指示来自电容器215的电压和来自电容器245的残余电压的组合的16比特输出。在此示例中，8比特计数器值可提供更高阶比特并且与残余电压相关联的来自列电路的8比特结果可提供更低阶比特。就此而言，残余电压可具有小于参考电压V_REF的幅值。

在一实施例中，为了促进来自计数器电路230的计数器值和与残余电压相对应的数字输出的组合，计数器值和/或与残余输出相对应的数字输出可被处理(例如，校准、缩放、对齐)，以使得它们可被组合来形成指示在积分时段期间捕捉的检测器信号的幅值的组合数字输出。就此而言，检测器信号的幅值包括由计数器值表示的幅值和由残余电压提供的幅值。在一方面中，一旦执行了处理和/或校准，与8比特计数器值(例如，经处理的计数器值)的最低有效比特相关联的电压就可比与残余电压相关联的8 比特数字输出的最低有效比特大256倍。

在一些情况下，可利用(一个或多个)额外比特(例如，(一个或多个)重叠比特)。例如，可利用额外比特来表示残余电压。组合数字输出可包括与计数器值相关联的比特后跟着该额外比特，并且与残余电压相对应的数字输出可跟在该额外比特之后。在这个示例中，该额外比特可被认为是与残余电压相对应的数字输出的最高有效比特。该额外比特可被利用来将计数器值与对应于残余输出的数字输出对齐以允许计数器值与数字输出的适当组合。

虽然前述论述是在8比特计数器值和与残余电压相对应的8比特数字值的情况下做出的，但用于这些数字值中的每一者的比特的数目可不同于 8比特和/或可彼此不同。作为示例，可使用4比特计数器值，与对应于残余电压的4比特数字值(例如，相组合)。作为另一示例，可使用6比特计数器值，与对应于残余电压的10比特数字值。

图3根据本公开的实施例图示了单位单元300和关联电路的示例。然而，不是所有描绘的组件都是必要的，并且一个或多个实施例可包括附图中没有示出的额外组件。在不脱离如本文记载的权利要求的精神或范围的情况下，可做出组件的布置和类型的变动。可提供额外的组件、不同的组件和/或更少的组件。

图2的描述一般适用于图3，这里为了清晰和简单提供了差异的示例和其他描述。就此而言，在一方面中，对图2中所示的检测器205、晶体管210、电容器215、节点218、开关220、比较器225、计数器电路 230、开关240、电容器245、开关250、开关255和开关260的描述一般分别适用于图3中所示的检测器305、晶体管310、电容器315、节点318、开关320、比较器325、计数器电路330、开关340、电容器345、开关350、开关355和开关360。晶体管310可被利用来将来自检测器305的检测器信号传递到电容器315。在一些情况下，晶体管310可具有偏置栅极，该偏置栅极被配置为直接注入输入电路以设置检测器305两端的电压偏置。比较器325可将节点318处的电压v_x与参考电压V_REF相比较以确定是否使计数器电路330递增计数器值。

缓冲器380可被利用来隔离残余电压，直到开关360被闭合以允许读出残余电压为止。就此而言，缓冲器380可将电容器345与缓冲器380之后的电路(例如，组件360、382、384等等)隔离。例如，缓冲器380可以是或者可以包括具有源极跟随器拓扑的模拟电压缓冲器。残余电压可被读出并被缓冲器382隔离直到要被ADC 384转换成数字信号时为止。片外数字后期处理和校准电路386可处理来自计数器电路330的计数器值和/或 ADC 384的数字输出并且将计数器值(例如，经处理的计数器值)与数字输出(例如，经处理的数字值)相组合以形成组合数字输出(例如，作为数据输出线192上的数据输出信号的一部分)。在一些情况下，数字后期处理和/或校准可在片上和/或片外执行。时钟和偏置电路388可向图3中所示的各种组件提供定时和/或偏置信号。在一些情况下，时钟和偏置电路 388可从接收自控制偏置和定时电路170的信号得出(或者就简单地传递)定时和/或偏置信号。

在一方面中，单位单元300可实现在第一晶片390和第二晶片392 上。第一晶片390可包括与对来自检测器305的检测器信号积分、获得残余电压并且生成残余电压的数字表示相关联的组件。第二晶片392可包括与生成计数器值相关联的组件。在一方面中，晶片390和392可以是在两个分离的互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)过程中制造的。晶片可以是在相同或不同的 CMOS过程节点中制造的，例如65nm、90nm、130nm或180nm节点。晶片390和392可经由芯片内连接互连。在一方面中，晶片390可被称为模拟晶片或模拟部分，并且晶片392可被称为数字晶片或数字部分。

虽然图3图示了其中模拟部分和数字部分各自实现在其自己的晶片上的示例实现方式，但在一些情况下，模拟和数字部分中的一者或两者可利用多个晶片来实现。在其他情况下，模拟和数字部分两者可都在同一晶片上。在一方面中，检测器305可被认为是单位单元300的一部分。例如，检测器305可与第一晶片390和第二晶片392分离。在一些情况下，单位单元300可包括检测器305、第一晶片390的一部分和/或第二晶片392的一部分。在这些情况下，作为示例，缓冲器382、ADC 384和/或时钟和偏置电路388可被包括单位单元300在内的多个单位单元共享。例如，缓冲器382、ADC 384和/或时钟和偏置电路388可例如经由时间复用来选择性地耦合到每个单位单元，以允许对残余电压和计数器值的读出。

作为示例，在图3的描绘中，单位单元可包括第一晶片390和第二晶片392上的在模拟总线和数字总线左侧的组件。此单位单元可以包括但不是必须要包括检测器305。就此而言，每个单位单元可被认为包括相应的检测器或者耦合到相应的检测器。例如，单位单元可被认为是促进对检测器所捕捉的数据的读出的那些组件，从而单位单元被认为耦合到检测器而不是包括检测器。

在一方面中，单位单元300可以是或者可以包括主电路118或者可以是主电路118的一部分。单位单元300可以是FPA 100的像素、可以是 FPA 100的像素的一部分和/或可被称为FPA 100的像素。单位单元300可通过开关(例如，114)选择性地连接到列输入线(例如，132)，和/或通过开关(例如，116)选择性地连接到列输出线(例如，134)。在操作中，开关114最初可以是断开的。在一个实施例中，开关116最初也可以是断开的。在另一实施例中，开关116最初可被闭合(例如，以允许读出由单位单元300检测到的数据值)。

在一个或多个实施例中，单位单元200和300可被称为展示出分割式 ADC体系结构、分区式ADC体系结构或者混合体系结构(例如，混合数字体系结构)。就此而言，单位单元200和300可包括与将模拟信号(例如，电压信号)转换成第一数字输出(例如，计数器值)相关联的组件 (例如，215、225、230、392)，以及与将残余电压转换成第二数字输出相关联的组件(例如，240、245、390)。

在一方面中，积分循环期间耗散的功率是取决于信号的。就此而言，耗散的功率可至少基于由单位单元阵列(例如，110)的检测器(例如， 205)捕捉到的EM辐射的幅值。对于转变比较器225、重置比较器225并且递增计数器值的每个循环，以及与基于在电容器215处对检测器信号积分而生成计数器值相关联的其他操作，可耗散功率。例如，对于更大的检测器电流(例如，基于更高通量场景)，电压斜坡可具有更大的斜率，从而使得与更小的检测器电流相比在更短的时间段中达到电压阈值电平。在给定的积分时段之后得到的计数器值比更小检测器电流的情况具有更大的值。在一些情况下，高的功率耗散和/或不同场景条件的功率耗散的大变动可使得冷却系统难以为成像装置101(例如，成像装置101的FPA 100) 将操作温度保持在稳定水平。

由于耗散的功率至少是基于数字计数器被递增的次数的，所以与数字计数器的更少转变相关联的转换(例如，更粗略的转换)可允许更低的功率耗散。例如，考虑8比特计数器值与16比特计数器值。计数器电路可递增计数器值的最大次数对于8比特计数器值是256次，相对于16比特计数器值的65,536次。8比特和16比特计数器值分别与256和65,536个状态相关联。对于8比特计数器值，与计数器值1和计数器值256相关联的检测器信号之间的功率差是256对1，而不是16比特计数器值的65,536对 1。

在一方面中，可能需要考虑到随机电报噪声(random telegraph noise， RTN)。RTN可基于在材料(例如，半导体材料)中的捕获地点处捕获和释放的电荷。RTN可具有独立于操作(例如，计数器值被递增的次数)的固定幅值。在计数器值的每次递增与少量电荷相关联的情况下，与RTN 相关联的电荷可与引起计数器值递增的电荷量相当。就此而言，递增计数器值所需要的电荷量可由参考电压V_REF来设置。为了减小RTN的影响，参考电压V_REF可被增大，以使得引起计数器值递增所需要的电压被增大。

在一实施例中，分割式ADC体系结构可被利用来在操作期间降低功率耗散、降低功率耗散变动和/或降低操作期间的噪声效应(例如， RTN)，例如相对于只使用计数器值的情况。考虑具有16比特计数器值的情况和具有8比特计数器值和与残余电压相关联的8比特数字输出的分割式ADC体系结构之间的比较。对更小计数器值的使用可允许降低的功率耗散和降低的功率耗散变动，这是由于离散状态的数目更少和/或计数器值被递增的次数更少引起的。与16比特计数器值相关联的更细粒度可通过将8比特计数器值与和残余电压相关联的8比特数字输出相组合来获得。对更小计数器值的使用可增大相邻状态中的电压值之间的差异，从而降低RTN的影响。相邻状态中的电压值之间的差异是由与最低有效比特相关联的电压提供的。这种差异可被称为与计数器值相关联的分辨率。就芯片空间而言，分割式ADC体系结构中利用的额外电容器(例如，245) 可至少部分由相对于16比特计数器电路的更小的8比特计数器电路来抵消。

作为示例，在完整阱大小是1亿载流子(例如，电子)的情况下，在实现16比特计数器时，大约每1,500个电子可对应于将计数器值递增1。像素的完整阱大小可以是像素在饱和之前可保持的电荷(例如，电子)的量。进一步参考先前示例，在实现8比特计数器时，大约每400,000个电子可对应于将计数器值递增1。在两种情况下，RTN都可具有相同幅值，从而使得RTN的影响在16比特计数器的情况下更显著。就此而言，可实现更低比特计数器以使得在比较器(例如，225、325)之前最小步长不受单位单元(例如，200、300)中的寄生效应的影响。可按照每计数电子来提供分辨率，每计数电子表示递增计数器值所需要的电子的数目。在上述示例中，分辨率对于16比特计数器可以是1,500电子/计数并且对于8比特计数器可以是400,000电子/计数。最小量化大小可以是每列ADC上的比特的数目和像素中的阱的大小的函数。总阱大小可以是像素中的阱和数字晶片上的计数器中的比特(例如，最高有效比特)的数目的函数。其他示例阱大小可以是5亿载流子、10亿载流子、更高数目的载流子或者其间的任何数目的载流子。

图4根据本公开的实施例图示了用于促进具有分区式模拟到数字转换的像素读出的示例过程400的流程图。出于说明目的，示例过程400在这里主要是参考图3中所示的单位单元300和关联电路来描述的；然而，示例过程400不限于图3中所示的单位单元300和关联电路。例如，可利用单位单元200。示例过程400的块在这里被描述为顺序或者线性(例如，一个接一个)发生。然而，示例过程400的多个块可并行发生。此外，示例过程400的块不需要按示出的顺序执行和/或示例过程400的一个或多个块不需要被执行。

在块405，电容器315基于由检测器305接收到的EM辐射来累积电压。例如，检测器305可生成检测器信号(例如，检测器电流)并且将检测器信号提供到电容器315(例如，经由具有偏置栅极的晶体管310)。电容器315可对来自检测器305的检测器信号积分以生成电压。就此而言，电压可以是其斜率与检测器信号的幅值成比例的电压斜坡。这种积分可在积分时段期间发生。

在块410，确定积分时段是否已逝去。如果积分尚未逝去，则电容器 315继续在块405累积电压。在块415，确定电容器315所累积的电压是否超过参考电压V_REF。该确定可由比较器325做出。比较器325可将电容器 315所累积的电压与参考电压V_REF相比较。如果电容器315所累积的电压不超过参考电压V_REF，则电容器315继续在块405累积电压。

如果电容器315所累积的电压超过参考电压V_REF，则计数器电路330 在块420调整(例如，递增)计数器值。例如，比较器325可生成如下信号：该信号在被计数器电路330接收/处理时使得计数器电路330调整计数器值。比较器325可在电容器315所累积的电压超过参考电压V_REF时生成这种信号。在块425，电容器315所累积的电压被重置。开关320可被认为是重置电路。比较器325可生成使得开关320闭合的信号并且允许电容器315的重置。在一方面中，来自比较器325的同一个信号可使得计数器电路330调整计数器值并且使得开关320闭合。在另一方面中，比较器 325提供不同的信号。在一实施例中，块405、410、415、420和425是在积分时段期间执行的。

如果在块410确定积分时段已逝去，则在块430确定电容器315上的残余电压。例如，当积分时段逝去时，由开关340和电容器345形成的采样保持电路可通过在积分时段已逝去时对电容器315上的电压进行采样来确定残余电压。在块435，电容器345维持(例如，保持)残余电压。电容器345可保持残余电压直到残余电压要被提供到模拟总线(例如， 270)以被列电路读取为止。

在块440，处理电路(例如，片外数字后期处理和校准电路386)基于计数器值和残余电压生成数字检测器输出。在一些情况下，残余电压可被列电路中的ADC数字化。在这种情况下，处理电路可基于计数器值和数字化残余电压生成数字检测器输出。在一方面中，数字检测器输出可以是基于计数器值和残余电压(和/或其数字化版本)的组合生成的。就此而言，计数器值和/或残余电压可被处理(例如，校准、缩放、对齐)以使得它们可被适当地组合。

如前所示，在一方面中，示例过程400的块可被并行执行。例如，在残余电压在块430被确定、在块435被维持和/或在块440、在块440之前和/或在块440之后被处理(例如，数字化、缩放、校准)的同时，块 405、420和425可被利用来生成计数器值。

在一些实施例中，分割式ADC体系结构可包括以辐射热测定器作为其检测器的单位单元。使用辐射热测定器的分割式ADC体系结构的实现方式可帮助实现最低限度ROIC噪声和单位单元的快照积分。就此而言，在一方面中，分割式ADC体系结构可允许所有辐射热测定器同时接通以实现具有最低限度ROIC噪声的快照积分。

在一实施例中，在维持对被数字化的模拟残余(例如，残余电压)的响应性的同时，大的阱大小在分割式ADC体系结构中可能是可用的。例如，阱大小在一些情况下可在5亿载流子(例如，电子)到10亿载流子 (例如，电子)之间。利用大的阱大小，可促进环境温度变化的数字去除和/或对检测器(例如，辐射热测定器)可变性和大动态场景范围(例如，场景温度范围)的容适。检测器可变性可能是由于检测器之间的失配而引起的，检测器之间的失配一般是在检测器(例如，标称相同的检测器)的制造期间发生的小的随机变动。在一些情况下，这种数字去除和容适可在没有处理或者只有最低限度处理来使得模拟信号保持在一定动态范围内 (例如，在一定值范围内)的情况下实现。额外的处理一般与额外的噪声相关联。

例如，辐射热测定器ROIC中的这种处理可包括对模拟信号滤波以将输出信号保持在范围内，同时最大化增益以实现期望的噪声等效差分温度 (noise equivalentdifferential temperature，NEDT)。模拟信号可被滤波以减轻辐射热测定器可变性、环境温度的变化和/或极热场景，其中每一者可引起模拟输出命中上轨(upper rail)或下轨(lower rail)并从而命中最小或最大输出值(例如，最小或最大数字输出计数)。分割式ADC体系结构中提供的更高的总比特数可允许动态范围的增大，从而允许辐射热测定器电路在没有对模拟信号的滤波或者只有对模拟信号的最低限度滤波的情况下被读出。

在一些实施例中，即使在大的阱大小的情况下，对于可大于阱大小的辐射热测定器也可存在大的温度基座。当优化NEDT时，辐射热测定器电阻可被减小，积分时间可被增大，并且辐射热测定器偏置可被增大。这三个参数可包括在一帧中要累积的总电荷。此外，随着温度增大，辐射热测定器电阻以指数方式减小，并且因此在一帧中要收集的电荷以指数方式增大。为了在ROIC的动态范围中为场景变化和辐射热测定器可变性预留空间，温度基座由于其对基线辐射热测定器电阻、偏置和积分时间(这些随着环境温度以指数方式增大)的影响可被确定并去除。

在一个或多个实施例中，为了确定和去除温度基座，分割式ADC体系结构可包括活跃单位单元和参考单位单元。每个活跃单位单元可包括捕捉入射场景的一部分并且生成关联的输出的检测器。该输出可以是或者可被推导成组合计数器值(例如，来自计数器电路的计数器值和数字化残余电压的组合)。每个参考单位单元可包括检测器和为检测器阻挡入射在活跃单位单元上的场景的结构(例如，盖子、遮罩)。就此而言，参考单位单元及其检测器可分别被称为盲单位单元和盲检测器。参考单位单元可捕捉入射在活跃单位单元和参考单位单元上的温度基座的值(例如，绝对值)。在一方面中，温度基座也可被称为温度偏移、环境温度基座或者环境温度偏移。在一些情况下，温度基座可足够大到使活跃单位单元饱和并且使得其计数器值循环。在一些情况下，通过去除温度基座，与被分流并且未在积分电容器处被积分的一些残余电流相关联的非线性性可被校正。在一实施例中，活跃单位单元和参考单位单元包括辐射热测定器(例如，微辐射热测定器)作为其检测器。就此而言，在一方面中，分割式ADC 体系结构可允许所有辐射热测定器同时接通以实现具有最低限度ROIC噪声的快照积分，同时也去除环境温度偏移。在一些情况下，活跃单位单元的检测器可被称为活跃单位单元检测器，并且参考单位单元的检测器可被称为参考单位单元检测器。

为了促进捕捉温度基座的值，分割式ADC体系结构可被实现为允许具有计数器值环回减轻的像素读出。就此而言，组合计数器值可包括来自计数器电路(例如，330)的计数器值和来自ADC(例如，384)的数字化残余电压的组合。组合计数器值在从其最大计数器值递增时可环回。例如，当组合计数器值是处于其最大值2¹⁶–1(即，65,535个计数)的16比特计数器值时，组合计数器值在被递增时环回到零。当未应用减轻技术时，组合计数器值的这种环回一般与信息的丢失相关联。

参考单位单元可容适更高的组合计数器值，例如更高比特的计数器电路，其允许在没有组合计数器值的循环的情况下捕捉温度基座。这样，参考单位单元可被利用来确定活跃单位单元的一些组合计数器值是否循环了与其他活跃单位单元的组合计数器值不同的次数。从而，参考单位单元的组合计数器值可被利用来帮助减轻活跃单位单元表现出的计数器值循环。例如，活跃单位单元可与X比特组合计数器值相关联，而参考单位单元可与Y比特组合计数器值相关联，其中Y大于X并且Y被选择成使得环境温度基座的绝对值可被捕捉(例如，环境温度基座没有大到足以使得Y比特组合计数器值循环)。

在一些方面中，相对于所有活跃单位单元都具有能够处理和/或存储更高组合计数器值的关联组件的情况，与减轻组合计数器值环回相关联的芯片面积可通过使用参考单位单元而得到减小。例如，FPA(例如，100)可包括2048×2048个活跃单位单元，并且有2048×20个参考单位单元定位在 FPA附近。参考单位单元可围绕活跃单位单元、沿着活跃单位单元的侧边或者一般而言相对于活跃单位单元被定位成使得参考单位单元所经历的环境温度等于或基本等于活跃单位单元所经历的环境温度。虽然2048×20个参考单位单元中的每一者可大于2048×2048个活跃单位单元中的每一者，但与2048×20个参考单位单元相关联的芯片面积一般小于与使得 2048×2048个活跃单位单元足够大到避免环回相关联的芯片面积。

图5根据本公开的实施例图示了单位单元500和关联电路的示例。然而，不是所有描绘的组件都是必要的，并且一个或多个实施例可包括附图中没有示出的额外组件。在不脱离如本文记载的权利要求的精神或范围的情况下，可做出组件的布置和类型的变动。可提供额外的组件、不同的组件和/或更少的组件。

图2和图3的描述一般适用于图5，这里为了清晰和简单提供了差异的示例和其他描述。就此而言，在一方面中，对图3中所示的单位单元 300、检测器305、晶体管310、电容器315、节点318、开关320、比较器 325、计数器电路330、开关340、电容器345、开关350、开关355、开关 360、缓冲器380、缓冲器382、ADC 384、和时钟和偏置电路388的描述一般分别适用于单位单元500、检测器505、晶体管510、电容器515、节点518、开关520、比较器525、计数器电路530、开关540、电容器 545、开关550、开关555、开关560、缓冲器580、缓冲器582、ADC584、和时钟和偏置电路588。检测器505可被来自偏置电路507的偏置信号(例如，偏置电压)所偏置。在一方面中，如图5中所示，检测器505 是辐射热测定器(例如，微辐射热测定器)。在另一方面中，检测器505 可以是光电检测器(例如，雪崩光电检测器、红外光电检测器、量子阱红外光电检测器)。在一实施例中，单位单元500或其组件可以是或者可以包括单位单元200、单位单元300和/或其组件或者可以是其一部分。

组合器电路586可提供由图3的片外数字后期处理和校准电路386提供的一些功能。组合器电路586可处理来自计数器电路330的计数器值和/ 或ADC 584的数字输出并且将计数器值(例如，经处理的计数器值)与数字输出(例如，经处理的数字值)相组合以形成组合数字输出(例如，作为数据输出线192上的数据输出信号的一部分)。在图5中，ADC 584提供L比特数字输出并且计数器电路530提供M比特计数器值，从而使得组合器电路586提供组合的(L+M)比特输出。在一些情况下，ADC 584的数字输出可形成或者可被处理为形成组合的(L+M)比特输出的最低有效比特，而计数器值可形成或者可被处理为形成组合的(L+M)比特输出的最高有效比特。处理器594可执行对活跃单位单元和参考单位单元的组合计数器值的处理。虽然组合器电路586和处理器594被示为分开的电路，但在一些情况下它们可以是同一处理电路的一部分。在一些情况下，组合器电路586和处理器594可被一个或多个活跃单位单元和/或一个或多个参考单位单元共享。

单位单元500包括第一晶片590的一部分和第二晶片592的一部分。在一些情况下，第一晶片590和第二晶片592可分别被称为模拟晶片/部分和数字晶片/部分，因为第一晶片590与残余电压(例如，模拟信号)的生成和处理相关联，而第二晶片592与计数器值(例如，数字值)的生成和处理相关联。第一晶片590还可包括偏置电路507、缓冲器582、ADC 584、组合器电路586、和时钟和偏置电路588。在一些情况下，可在第一晶片590之上提供(例如，制造)检测器505(例如，辐射热测定器)。作为示例，第一晶片590和第二晶片592可分别是130nm晶片和65nm晶片。注意，对图3的晶片390和392的描述一般分别适用于图5的晶片 590和592，这里为了清晰和简单提供了差异的示例和其他描述。

在一方面中，单位单元500可以是或者可以包括主电路118或者可以是主电路118的一部分。单位单元500可以是FPA 100的像素、可以是 FPA 100的像素的一部分和/或可被称为FPA 100的像素。单位单元阵列 110可包括活跃单位单元和参考单位单元。在一些情况下，单位单元阵列 110可包括或者可被认为包括活跃单位单元和参考单位单元。在其他情况下，单位单元阵列110可仅仅包括活跃单位单元，而参考单位单元的额外行和/或列是在单位单元阵列110周围提供的。例如，单位单元阵列110可包括2048×2048个活跃单位单元。额外的2048×20个参考单位单元可被设在单位单元阵列110附近(例如，参考和活跃单位单元被定位成使得它们经历相同或相似的环境温度)。单位单元500可通过开关(例如，114)选择性地连接到列输入线(例如，132)，和/或通过开关(例如，116)选择性地连接到列输出线(例如，134)。在操作中，开关114最初可以是断开的。在一个实施例中，开关116最初也可以是断开的。在另一实施例中，开关116最初可被闭合(例如，以允许读出由单位单元500检测到的数据值)。

在一些实施例中，为了促进对温度基座的考虑(例如，减轻)，单位单元500可以是或者可包括活跃单位单元或参考单位单元或者可以是其一部分。在一些方面中，为了从信号(例如，入射EM能量)中减少或去除环境温度基座，参考单位单元可包括盲检测器，该盲检测器可用于捕捉 (例如，确定)环境温度基座的绝对值。在一实施例中，盲检测器可以是盲辐射热测定器(例如，也被称为盲释放辐射热测定器)。盲检测器可包括检测器(例如，505)和定位在检测器上方(例如，制造在检测器之上)以对检测器阻挡(例如，遮掩)场景的覆盖结构(例如，遮罩、盖子)。换言之，盲检测器对于场景是盲的(例如，不接收场景信息或者只接收可忽略的场景信息)。盲检测器的信号输出是基于环境温度的并且可被认为是独立于场景的。

在一些方面中，活跃单位单元的各种组件与参考单位单元的各种组件相同或相似。就此而言，单位单元500可以是活跃单位单元或参考单位单元。在一些情况下，活跃单位单元的计数器电路(例如，530)和/或ADC (例如，584)和参考单位单元的计数器电路和/或ADC可与不同数目的比特相关联。在一实施例中，参考单位单元的计数器电路(例如，530)可生成N比特计数器值，而活跃单位单元的计数器电路(例如，530)可生成M比特计数器值，其中N大于M以促进参考单位单元对温度基座的确定。就此而言，与参考单位单元相比，活跃单位单元一般与更小的芯片空间相关联，因为更低比特计数器电路一般小于更高比特计数器电路。作为示例，在这个实施例中，对于参考单位单元，组合器电路586可从其ADC 584接收L比特输出并且从其计数器电路530接收N比特输出并且生成Y 比特输出，其中Y＝L+N。对于活跃单位单元，组合器电路586可从其 ADC 584接收L比特输出并且从其计数器电路530接收M比特输出并且生成X比特输出，其中X＝L+M。

在另一实施例中，作为计数器值对于活跃和参考单位单元具有不同比特数目的替换或附加，与ADC 584的输出相关联的比特数目在活跃和参考单位单元之间可不同。出于论述目的，ADC 584的比特的数目对于活跃单位单元和参考单位单元是相同的，而计数器电路530的比特的数目在活跃单位单元和参考单位单元之间是不同的。

利用各种实施例，参考单位单元可具有比活跃单位单元更高的动态范围以促进对环境温度基座的绝对值的捕捉。在一些情况下，温度基座可充分大到使得温度基座要求比活跃单位单元涵盖的那些更高的计数器值。例如，活跃单位单元可具有10比特计数器电路和10比特ADC输出(例如，为了总体提供从0到2²⁰-1的计数器值，包括0和2²⁰-1)，而温度基座可具有超过活跃单位单元所涵盖的20比特输出的值。在这个示例中，20比特计数器值在从最大值2²⁰–1递增时环回到零。环回到零的计数器值的示例例如在图7中示出。

在一个示例中，参考单位单元可具有20比特计数器电路和10比特 ADC输出，它们一起提供30比特动态范围(例如，大约比活跃像素大三个量级的动态范围)。就此而言，盲像素的动态范围可被提供来允许对盲像素的绝对水平的捕捉(例如，在不饱和盲像素的计数器并且没有环回的情况下)，从而跟踪环境温度。

图6A根据本公开的实施例图示了由FPA(例如，100)的活跃单位单元捕捉的示例场景600。每个活跃单位单元可捕捉场景600的一部分。场景600包括冷部分605和热部分610。图6B根据本公开的实施例图示了被每个参考单位单元成像的结构615(例如，盖子、遮罩)。结构615为参考单位单元阻挡场景600，从而使得参考单位单元捕捉环境温度。结构 615可被认为是仅仅包括环境温度信息的场景。

图7根据本公开的实施例图示了作为时间的函数的针对活跃和参考单位单元的计数器值(例如，在十进制空间中)以及关联的可变性的图线 700。在一方面中，计数器值是通过组合ADC(例如，584)的数字输出和来自计数器电路(例如，530)的计数器值获得的组合计数器值。组合计数器值在积分时间T_int中被递增并且一旦积分时间已逝去就在T_sample被采样。

图线700示出了与参考单位单元相关联的斜坡705、710和715和与活跃单位单元相关联的斜坡725和730。斜坡705表示参考单位单元的随着时间递增的计数器值，而斜坡710和715图示了关于斜坡705的检测器可变性720。斜坡710表示相对于斜坡705的最大负可变性，并且斜坡715 表示相对于斜坡705的最大正可变性。就此而言，表示FPA 100的参考单位单元的随着时间的计数器值的变化的斜坡一般可在斜坡710和715之间。

斜坡725和730分别表示接收场景600的冷部分605和热部分610的活跃单位单元的随着时间递增的计数器值。斜坡725和730分别与可变性 735和740相关联。就此而言，活跃单位单元一般可基于该活跃单位单元捕捉场景的哪个部分而具有在可变性735或可变性740内的斜坡。在一方面中，单位单元(例如，活跃单位单元、参考单位单元)的可变性可由于与单位单元的组件相关联的失配而引起。在一方面中，在积分时段结束时，没有活跃单位单元利用缓冲区745提供计数器值。

如图7中所示，活跃单位单元的计数器值(例如，20比特)大到足以包括FPA 100上的检测器可变性(例如，辐射热测定器可变性)、最大场景温度范围以及缓冲区745(例如，也被称为死区)。在图7中，活跃单位单元的计数器值循环两次或三次，其中循环了三次(例如，在时间 T_H1、T_H2和T_H3)的活跃单位单元比循环了两次(例如，在时间T_C1和 T_C2)的活跃单位单元具有更低的20比特计数器值。就此而言，捕捉场景 600的冷部分605的活跃单位单元的计数器值循环两次，而捕捉场景600 的热部分610的活跃单位单元的计数器值循环三次，其中捕捉热部分610 的活跃单位单元的计数器值低于捕捉冷部分605的活跃单位单元的计数器值。活跃单位单元具有2²⁰-1计数的最大计数器值，而参考单位单元具有更大的最大计数器值，例如2³⁰-1。如图7中所示，即使考虑到了参考检测器可变性，参考单位单元的计数值在T_sample处也在2²¹计数和2²²计数之间，这低于最大计数，从而允许参考单位单元跟踪环境温度基座，而不会使其计数值循环。

在一方面中，与活跃单位单元相关联的计数器值输出的范围大到足以包括与场景(例如，真实世界场景)相关联的动态范围、可变性以及缓冲区以允许确定哪些活跃单位单元的计数器值与其他活跃单位单元相比可能多循环了一次。与场景相关联的动态范围可在检测器所容适的最小场景温度和最大场景温度内。最小和最大容适场景温度可基于应用(例如，预期 FPA 100在其中正确操作的温度范围)。就此而言，在最小场景温度和最大场景温度之间的活跃单位单元的计数器值输出的范围在同一循环内或者偏移一个循环。在一些情况下，与20比特计数器值相关联的范围可基于要在其内操作FPA 100的环境而容适500℃、1000℃的动态范围或者其他动态范围。

在一些情况下，辐射热测定器可变性可被约束来确保缓冲区，其中辐射热测定器可变性随着辐射热测定器的电阻温度系数(temperature coefficient of resistance，TCR)而以指数方式增大。为了将辐射热测定器可变性保持在范围内，在更高温度下，辐射热测定器上的偏置可被降低。就此而言，偏置电路507可确定并生成要被施加在活跃单位单元和参考单位单元的辐射热测定器上的偏置(例如，偏置电压)。该偏置可被称为检测器偏置。在一些情况下，相同偏置(例如，全局偏置)可被施加到活跃单位单元和参考单位单元。偏置电路507可基于温度自适应地设置要施加的偏置。在一方面中，可基于参考单位单元的分布来调整偏置。随着温度增大，辐射热测定器的非均匀性增大。在一些情况下，活跃单位单元和参考单位单元的非均匀性是相同或相似的。在这些情况下，作为示例，为了保持活跃单位单元的非均匀性小于动态范围的50％，如果参考单位单元的非均匀性增大到超过动态范围的50％，则检测器偏置可开始被减小。偏置电路507可以是或者可以包括用来测量温度的CMOS电路、基于辐射热测定器的电路和/或由用户控制的DAC，或者可以是其一部分。作为示例，偏置可以是100mV和1.5V之间的偏置电压。在一些情况下，偏置电路 507可被多个辐射热测定器(例如，505)共享。在其他情况下，每个单位单元的辐射热测定器可耦合到各自的偏置电路507(例如，偏置电路507 可被认为是单位单元的一部分)。

图8根据本公开的实施例图示了当从图6的场景600捕捉图像数据时活跃单位单元的20比特计数器值的示例分布的图线800。作为示例，活跃单位单元的20比特计数器值可通过对与积分时段T_int已逝去之后的残余电压相关联的10比特数字表示(例如，由ADC 584生成)和10比特计数器值(例如，来自计数器电路530)进行组合来获得。在图线800中，水平轴提供20比特计数器值并且垂直轴对于给定的20比特计数器值提供生成了该20比特计数器值的活跃单位单元的数目。由于场景600包括冷部分 605和热部分610，所以该分布包括从捕捉冷部分605的一部分的活跃单位单元获得的分布805和从捕捉热部分610的一部分的活跃单位单元获得的分布810。参考图7，在一方面中，捕捉冷部分605的一部分的活跃单位单元可基本上根据斜坡725和关联的可变性735随着时间递增其计数器值。捕捉热部分610的一部分的活跃单位单元可基本上根据斜坡730和关联的可变性740随着时间递增其计数器值。

如图7和图8中所示，虽然更高的计数器值一般与更高的温度相关联，但在计数器值处于最大计数器值(例如，2²⁰-1)时被递增后的20比特计数器值的循环可使得捕捉场景600的热部分610的活跃单位单元处于比捕捉场景600的冷部分605的活跃单位单元更低的计数器值。在图7的示例中，捕捉热部分610的活跃单位单元的计数器值与捕捉冷部分605的活跃单位单元的计数器值相比循环额外的一次。处理器594可向捕捉热部分610的活跃单位单元的计数器值添加额外的2²⁰计数(例如，与20比特计数器值的额外循环相关联)以减轻捕捉热部分610的活跃单位单元相对于捕捉冷部分605的活跃单位单元循环额外一次的影响。

图9根据本公开的一个或多个实施例图示了参考单位单元的Y比特计数器值的示例分布905的图线900，其中每个参考单位单元被一结构(例如，615)阻挡了图6的场景600。分布905可涵盖K计数下的环境温度基座。关于环境温度基座的计数的分布905可产生自辐射热测定器可变性。在一些情况下，K计数可从所有参考单位单元的Y比特计数器值的平均来获得。

在一实施例中，一旦与参考单位单元和活跃单位单元相关联的读出被收集并提供给处理器594，处理器594就可为参考单位单元确定Y比特组合计数器值的平均并且通过将所确定的平均添加到活跃单位单元的X比特组合计数器值来为活跃单位单元生成重建图像数据。处理器594随后可确定是否有任何活跃单位单元需要有额外的2²⁰计数添加到其计数器值(例如，由于循环额外一次)并且向这些计数器值添加额外的2²⁰计数。

例如，图10根据本公开的实施例图示了表示基于图8和图9中所示的分布800和900生成的重建图像数据的示例分布的图线1000。为了实现图线1000，参考单位单元的Y比特组合计数器值的平均被添加到活跃单位单元并且额外的2²⁰计数被添加到与捕捉了场景600的热部分610的那些活跃单位单元相关联的计数器值。分布包括分别与捕捉场景600的冷部分605和热部分610的活跃单位单元相关联的分布1005和1010，其中与捕捉热部分610的活跃单位单元相关联的额外循环已通过2²⁰计数的添加来考虑到了。

在一些情况下，在活跃单位单元的计数器值已被带入到更高的比特空间(例如，与参考单位单元相关联的30比特空间)的情况下，处理器594 可将活跃单位单元的计数器值移回到与活跃单位单元相关联的20比特空间以获得去除了环境温度偏移的重建图像数据。如图10中所示，将计数器值移回到20比特空间可促进更高的处理和/或存储效率，因为处理和/或存储可在20比特空间而不是更高的比特空间中执行。在其他情况下，处理和/或存储可在更高的比特空间中执行(例如，不将计数器值移回到20 比特空间)。

图11根据本公开的一个或多个实施例图示了表示基于图10中所示的分布生成的重建图像数据的示例分布的图线1100。该分布包括通过分别将分布1005和1010移回到20比特空间而获得的分布1105和1110，该移回是通过将与活跃单位单元相关联的计数器值(例如，如图10中所示在更高比特空间中)减去计数器值之中的最小计数器值(例如，如图10中所示在更高比特空间中)来实现的。处理器594随后可处理和/或存储图11 中所示的分布。处理器594可基于图11中所示的分布以及哪些活跃单位单元捕捉了哪些计数器值来生成重建图像(例如，重建IR图像)。

虽然图7-图11图示了基于一半冷(例如，处于恒定的低温度)并且一半热(例如，处于恒定的高温度)的场景的分布，但场景可包括更少、更多或不同的(一个或多个)温度分布。在这种情况下，分布不包括像图 8、图10和图11中所示那样的两个离散分布。例如，场景可包括单个更展开的分布，而不是两个或更多个离散分布。此外，虽然图7-图11图示了其中额外的2²⁰被添加到活跃单位单元的子集以考虑到该子集的计数器值的额外循环的示例分布，但在其他情况下，所有活跃单位单元的计数器值可循环相同次数。在这些情况下，不添加额外的2²⁰到任何活跃单位单元，因为循环以相同方式影响所有活跃单位单元。例如，如果图7中的积分时段T_int被定义为在T_C2和T_H3之间，则捕捉冷部分605的活跃单位单元和捕捉热部分610的活跃单位单元可循环相同次数(例如，两次)。

在一些实施例中，处理器594可确定缓冲区(例如，745)以便确定哪个(如果有的话)活跃单位单元的X比特计数器值要添加额外的2^X计数(例如，额外的2²⁰计数)。处理器594可通过确定与参考单位单元相关联的最小计数器值来确定缓冲区的一个边界。该边界可以是上边界或下边界。就此而言，最小计数器值是由参考单位单元生成的Y比特计数器值之中的最小。处理器594随后可确定与最小计数器值相关联的X个LSB。在一些情况下，由于参考单位单元的Y比特计数器值与环境温度相关联，所以处理器594可基于环境温度和参考单位单元所容适的最小场景温度 (例如，根据装置规格要求)之间的差异来偏移与最小计数器值相关联的 X个LSB以获得偏移最小计数器值。就此而言，处理器594可确定要从与最小计数器值相关联的X个LSB减去以获得偏移最小计数器值的计数，其中所确定的计数是基于环境温度和最小场景温度之间的差异的。要减去的计数可基于校准数据、经验数据和/或与参考单位单元相关联的其他数据来确定。处理器594可将偏移最小计数器值设置为缓冲区的一个边界。当环境温度与最小场景温度相对应时，不向与最小计数器值相关联的X个 LSB施加额外的偏移。

处理器594可通过从偏移最小计数器值中减去预定数目的计数来确定缓冲区的另一边界。该预定数目的计数可基于2^X个计数的百分比。例如，该百分比可以是25％。在这个示例中，另一边界是通过从偏移最小计数器值中减去2²⁰的25％来确定的。处理器594向其X比特计数器值低于缓冲区的下边界的任何活跃单位单元添加额外的2^X计数。在一些情况下，这些活跃单位单元是其计数器值相对于其他活跃单位单元循环了额外一次的那些活跃单位单元。例如，在图9中，与分布810相关联的活跃单位单元 (例如，捕捉了场景600的热部分610的那些活跃单位单元)低于缓冲区的下边界。处理器594向这些活跃单位单元添加额外的2²⁰。参考图14示出其中活跃单位单元循环相同次数，从而不添加额外的2^X计数的示例。

图12根据本公开的实施例图示了用于促进具有计数器值环回的像素读出的示例过程1200的流程图。出于说明目的，示例过程1200在这里主要是参考图5中所示的单位单元500和关联电路来描述的；然而，示例过程1200不限于图5中所示的单位单元500和关联电路。例如，可利用单位单元300。示例过程1200的块在这里被描述为顺序或者线性(例如，一个接一个)发生。然而，示例过程1200的多个块可并行发生。此外，示例过程1200的块不需要按示出的顺序执行和/或示例过程1200的一个或多个块不需要被执行。

在块1205，活跃单位单元响应于由其各自的检测器(例如，505)捕捉的入射场景(例如，600)生成输出。每个活跃单位单元可捕捉入射场景的一部分。每个活跃单位单元的输出可包括或者可基于在积分时段(例如，T_int)逝去了时来自该活跃单位单元的计数器电路(例如，530)的计数器值和在积分时段(例如，T_int)逝去了时来自ADC(例如，584)的指示残余电压的数字输出。在块1210，参考单位单元生成输出。来自参考单位单元的输出可指示环境温度，并且可独立于入射场景。就此而言，参考单位单元可包括检测器和为检测器阻挡入射场景的结构。出于论述目的，对于每个活跃单位单元，来自计数器电路的计数器值是M比特计数器值并且来自ADC的数字输出是L比特值。对于每个参考单位单元，来自计数器电路的计数器值是N比特计数器值并且来自ADC的数字输出是L比特值。

在块1215，组合器电路(例如，586)为活跃单位单元生成X比特计数器值，其中X＝L+M。对于每个活跃单位单元，X比特计数器值可基于来自计数器电路的计数器值和来自ADC的数字输出。在块1220，组合器电路为参考单位单元生成Y比特计数器值，其中Y＝L+N。对于每个参考单位单元，Y比特计数器值可基于来自计数器电路的计数器值和来自ADC 的数字输出。

在块1225，处理器电路(例如，594)基于Y比特计数器值确定缓冲区(例如，745)。用于确定缓冲区的示例技术参考图13来提供。在一些情况下，当无法确定缓冲区时，可降低辐射热测定器偏置以降低辐射热测定器可变性，以使得缓冲区形成。在块1230，处理器电路基于缓冲区识别 X比特计数器值的子集。在块1235，处理器电路基于缓冲区识别X比特计数器值的剩余部分。X比特计数器值的子集可包括低于缓冲区的下边界的 X比特计数器值。X比特计数器值的剩余部分可包括剩余的X比特计数器值(例如，不低于缓冲区的下边界的那些计数器值)。

在块1240，处理器电路利用预定值调整该子集中的X比特计数器值以获得经调整的X比特计数器值。该预定值可以是2^X个计数。例如，该预定值可被添加到该子集中的每个X比特计数器值。就此而言，该子集中的X比特计数器值可与相对于剩余部分中的X比特计数器值循环了额外一次的那些计数器值相关联。

在块1245，处理器电路基于与该子集相关联的经调整的X比特计数器值和X比特计数器值的剩余部分生成与入射场景相关联的重建图像数据。处理器电路可基于重建图像数据生成图像(例如，IR图像)，例如用于显示给用户。图像可以是入射场景的表示，其中与X比特计数器值的循环相关联的影响已被去除。

图13根据本公开的实施例图示了用于确定缓冲区的示例过程1300的流程图。出于说明目的，示例过程1300是作为图12的块1225或者作为块 1225的一部分执行的；然而，示例过程1300不限于图12的块1225。例如，示例过程1300可用于其他过程。示例过程1300的块在这里被描述为顺序或者线性(例如，一个接一个)发生。然而，示例过程1300的多个块可并行发生。此外，示例过程1300的块不需要按示出的顺序执行和/或示例过程1300的一个或多个块不需要被执行。

在块1305，处理器电路(例如，594)确定与参考单位单元相关联的最小Y比特计数器值。Y比特计数器值可以是在图13的块1320为参考单位单元生成的那些。在块1310，处理器电路截短最小Y比特计数器值以获得截短计数器值。为了执行截短，处理器电路可去除最小Y比特计数器值的(Y–X)比特以获得X比特计数器值。去除的(Y–X)比特可以是最小Y比特计数器值的MSB。

在块1315，处理器电路基于环境温度(例如，由参考单位单元捕捉) 和最小场景温度之间的差异调整截短计数器值。例如，当环境温度高于最小场景温度时，截短计数器值可被减小与该差异相关联的偏移。在环境温度与最小场景温度一致的情况下，截短计数器值不需要被调整。

在块1320，处理器电路将在块1315确定的经调整的截短计数器值设置为缓冲区的第一边界。在块1325，处理器电路确定缓冲区的第二边界。在一些情况下，处理器电路可从第一边界中减去预定值以得到第二边界。该预定值可以是与X比特计数器值相关联的动态范围的百分比。例如，该预定值可以是与X比特计数器值相关联的动态范围的25％。在此示例中，当X＝20比特时，该预定值可以是0.25(2²⁰)＝262,144。

作为示例，图14根据本公开的实施例图示了其中活跃单位单元(例如，所有活跃单位单元)循环相同次数的示例。从捕捉场景600的冷部分 605的一部分的活跃单位单元获得分布1405并且从捕捉场景600的热部分 610的一部分的活跃单位单元获得分布1410。例如，参考图7，可通过如下方式来获得分布1405和1410：将积分时间T_int设置为T_C1和T_H2之间的时间、T_C2和T_H3之间的时间、或者概括而言任何如下时间：在该时间中捕捉冷部分605的活跃单位单元的计数器值与捕捉热部分610的活跃单位单元的计数器值循环相同次数。这种示例时间是标称的并且需要考虑到诸如检测器可变性之类的因素。在图14中，当缓冲区的第一边界被确定为 80,000计数并且预定值是0.25(2²⁰)＝262,144时，第二边界是866,432计数(例如，80,000–262,144＝-182,144，其循环到-182,144+2²⁰＝ 866,432)。注意，在图14的示例中，缓冲区是从80,000计数环回到866,432。活跃单位单元循环相同次数。从而，在块1240，没有活跃单位单元需要额外的2²⁰计数被添加到其计数器值。

虽然前述参考的是被递增1的计数器，但可以有其他方式来实现计数器，例如递减1(例如，从最大计数器值开始)、递增或递减预定的值、和/或用来生成指示由检测器提供的检测器信号的计数器值的其他方式。

虽然图1A、1B、图2、图3和图5提供了根据本公开的一个或多个实施例的示例体系结构，但可利用其他体系结构，这些体系结构可包括与图 1A、1B、图2、图3和图5中所示那些相比额外的组件、不同的组件和/或更少的组件。就此而言，各种类型的体系结构可被应用到本文描述的用于促进像素读出的系统和方法。例如，各种类型的体系结构可根据以下申请中记载的各种技术来实现：2017年11月20日递交的标题为“PIXEL READOUT WITHCOUNTER VALUE LOOPBACK MITIGATION SYSTEMS AND METHODS”的美国临时专利申请62/588,878号、2017年 1月13日递交的标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR PIXEL READOUTWITH PARTITIONED ANALOG-TO-DIGITAL CONVERSION”的美国临时专利申请62/446,287号、2013年12月13日递交的标题为“SEGMENTED FOCAL PLANE ARRAY ARCHITECTURE”的美国专利申请14/106,696号、和/或2015年9月23 日递交的标题为“MODULAR SPLIT-PROCESSINGINFRARED IMAGING SYSTEM”的国际专利申请PCT/US2015/051798号，所有这些申请在这里都通过引用被全部并入。

在一个或多个实施例中，可为本文描述的各种体系结构以及其变体 (例如，与例如图1A、1B、图2、图3和图5中所示那些相比额外、不同和/或更少的组件)提供噪声减轻。在一些方面中，噪声可包括低频噪声，例如闪变噪声(例如，也被称为1/f噪声)。在一些情况下，单位单元的像素内比较器可向包括和/或耦合到像素内比较器和/或ADC的ROIC贡献噪声(例如，闪变噪声)，从而影响与这些ROIC相关联的读出值。

作为示例，参考图2，比较器225可以是像素内比较器。与像素内比较器相关联的闪变噪声可使得积分电压V_x比不存在闪变噪声的情况更早地超过参考电压V_REF，从而使得像素内比较器生成控制信号来使得计数器电路230的计数器值更早地递增。在这个示例中，闪变噪声可使得计数器电路230的计数器值高于没有闪变噪声的情况。

在一方面中，由于闪变噪声在帧时间内相关，因此来自像素内比较器的闪变噪声随着数字计数器值线性地增大。由于闪变噪声具有低频率，所以闪变噪声在帧期间可实质上是偏移(例如，直流(DC)偏移)。当这种偏移(例如，偏移电压)存在于比较器中时，相对于不存在偏移的情况，比较器可更早或更晚(例如，取决于偏移的极性)发射(fire)。更早发射可导致在帧结束时的更高数字输出(例如，计数器值)。更晚发射可导致帧结束时的更低数字输出。帧的结束可以指与捕捉该帧相关联的积分时段的结束。在一方面中，在没有噪声减轻的情况下，由于偏移是由闪变噪声引起的，所以偏移随着时间变化，从而使得后续的帧可表现出与早前的帧不同的偏移。在一些情况下，在单个帧内，闪变噪声对于减轻而言可被认为是偏移。

在本文描述的各种方面中，数字计数器值可在每次积分电压v_x超过参考电压V_REF时被调整(例如，递增1)。在一方面中，比较器可在v_x> V_REF时被称为发射，因为当v_x>V_REF时由像素内比较器提供(例如，发射)的信号输出使得计数器值被调整。作为示例，参考电压V_REF可在1.5 V和2.5V之间。在发射时，积分电压v_x可被重置到零以将比较器的输出重置到未发射状态。就此而言，每次比较器发射时，计数器值就被调整，并且在没有任何减轻的情况下，与闪变噪声相关联的偏移增大。在计数器值在每次比较器发射时被递增的情况下，更高的计数器值可与更高的闪变噪声相关联。在一些方面中，与闪变噪声减轻相关联的技术也可降低 RTN。

在一些实施例中，斩波技术(例如，也被称为切换技术或节点交换技术)可被利用来减轻闪变噪声源，例如与像素内比较器相关联的那些。在斩波技术中，通过切换电路(例如，包括和/或被称为开关)的控制，比较器的输入节点可被交换并且比较器的输出节点可被交换。这种切换电路可被称为总体形成与像素内比较器相关联的输入/输出切换矩阵。切换电路的开/关状态的不同组合可被称为切换配置或切换布置。在一些情况下，切换电路可耦合到比较器和/或设在比较器内。斩波技术可允许每个像素减轻其各自的噪声，因为不同像素的比较器可在不同的时间发射并从而表现出不同的噪声。

控制信号生成器电路可被利用来控制这些切换电路。在一方面中，控制信号生成器电路可以是或者可以包括状态机或者可以是状态机的一部分。状态机可在每次比较器发射时翻转。在一些情况下，状态机可利用数字计数器值的LSB或者可由数字计数器值的LSB表示，该LSB在每次比较器发射之后翻转(例如，从0转变到1或者从1转变到0)。从而，在一些情况下，LSB可被利用来在只使用更少甚至不使用额外控制电路的情况下控制切换电路。在一方面中，在控制开关之前可在数字计数器值的 LSB上利用电平移动电路和/或缓冲器电路(例如，以基于LSB是被表示为0还是1来提供适当的控制电压电平)。在一些情况下，这种电路可被利用于定时目的，例如为了确保在输入-输出切换矩阵从一个切换配置翻转到另一个切换配置之后比较器在充分量的时间中保持在重置中以允许新切换配置中的各种节点在积分再次开始之前稳定。在重置之后，比较器从已发射状态转变到未发射状态。作为示例，取决于应用，用于促进重置的时间量可以是数十微秒或数十纳秒。

在输入节点未被交换并且输出节点未被交换的情况下，如果偏移(例如，偏移电压)存在于积分(INT)节点所连接到的比较器的正输入节点上，则偏移可使得比较器比没有偏移的情况更早发射。这种偏移可随着时间累积并且在帧结束时引起更高的数字计数器值。作为示例，利用斩波技术，如果在比较器的第一次发射期间正偏移存在于比较器的正输入节点上，则比较器可由于比较器的正输入节点上的正输入而更早发射。在比较器的第一次发射之后，输入节点被交换，使得比较器的正输入节点变成比较器的负输入节点，反之亦然。在正偏移存在于负端子上的情况下，对于比较器的第二次发射，比较器由于该偏移而略晚发射。通过在第一次比较器发射中由于偏移而早发射并且在第二次比较器发射中较晚发射，在两次发射之后，偏移已被减轻(例如，降低或消除)，而不是像没有交换的情况中那样被求和。这种循环可每两次比较器发射重复。对于具有奇数次比较器发射的情况，与单个未补偿偏移相关联的偏移相对于这种偏移随着每次比较器发射被重复求和的情况而言一般较小。

图15A根据本公开的实施例图示了单位单元1500的示例。然而，不是所有描绘的组件都是必要的，并且一个或多个实施例可包括附图中没有示出的额外组件。在不脱离如本文记载的权利要求的精神或范围的情况下，可做出组件的布置和类型的变动。可提供额外的组件、不同的组件和/ 或更少的组件。

单位单元1500包括检测器1505、电容器1540和1545、晶体管 1510、切换电路1520、比较器1525、计数器电路1530、控制信号生成器电路1535以及切换电路SW₁₁、SW₁₂、SW₂₁、SW₂₂、SW₃₁和SW₃₂。在一实施例中，检测器1505、晶体管1510、切换电路1520、比较器1525和计数器电路1530分别可以是或者可以包括图2的检测器205、晶体管210、电容器215、开关220、比较器225和计数器电路230或者可以是其一部分。在一些情况下，计数器电路1530和控制信号生成器电路1535可以是单个电路。例如，计数器电路1530的计数器值的LSB可被利用来提供控制信号c₁和c₂。

在一些方面中，图15A中所示的切换电路的接通和关断状态的组合可提供切换配置。就此而言，控制信号生成器电路1535可生成控制信号c₁和c₂来控制各种切换电路以将单位单元1500设置在第一切换配置或第二切换配置中，并且在这些切换配置之间转换。在第一切换配置中，开关 SW₁₁、SW₁₂和SW₁₃被闭合(例如，接通)，并且开关SW₂₁、SW₂₂和 SW₂₃被断开(例如，关断)。IN_A节点(联系到电容器1540)经由开关 SW₁₁耦合到检测器1505，IN_B节点经由开关SW₂₂联系到参考电压V_REF，并且OUT_B节点经由开关SW₁₃耦合到计数器电路1530。就此而言，来自检测器1505的检测器信号可被提供到电容器1540并被电容器1540积分，并且参考电压V_REF可被提供到电容器1545。当IN_A节点上的积分电压超过IN_B节点上的参考电压V_REF时，比较器1525将一个或多个控制信号提供到OUT_B节点上以使得计数器电路1530的计数器值递增(例如，比较器1525发射)。

在第二切换配置中，开关SW₂₁、SW₂₂和SW₂₃被闭合(例如，接通)，并且开关SW₁₁、SW₁₂和SW₁₃被断开(例如，关断)。IN_A节点经由开关SW₂₁联系到参考电压V_REF，IN_B节点经由开关SW₂₂耦合到检测器 1505，并且OUT_A节点经由开关SW₂₃耦合到计数器电路1530。就此而言，来自检测器1505的检测器信号可被提供到电容器1545，并且参考电压V_REF可被提供到电容器1540。当IN_B节点上的电压超过IN_A节点上的参考电压V_REF时，比较器1525将一个或多个控制信号提供到OUT_A节点上以使得计数器电路1530的计数器值递增。在一些情况下，比较器1525可包括一个或多个开关(例如，可利用控制信号c₁和c₂来控制)。每次比较器1525发射时，切换电路1520就闭合(例如，响应于来自比较器1525的电压V_OUT)以引起对联系到INT节点的电容器1540或1545的重置(例如，重置到0V)。

在一些情况下，在第一切换配置期间c₁是逻辑高(例如，1)并且c₂是逻辑低(例如，0)，并且在第二切换配置期间c₁是逻辑低(例如，0) 并且c₂是逻辑高(例如，1)。就此而言，每个切换电路可包括可基于相应的开关控制信号的逻辑电平(例如，逻辑低、逻辑高)而被接通和关断的一个或多个开关。就此而言，切换电路可包括栅极驱动器，这些栅极驱动器响应开关控制信号的逻辑电平(例如，状态、值)，并且响应于开关控制信号生成适当的电压来驱动(例如，接通、关断)切换电路。虽然出于说明目的切换电路响应于逻辑高控制信号而接通并且响应于逻辑低信号而关断，但取决于利用的切换技术的类型，切换电路可响应于逻辑高控制信号而关断并且响应于逻辑低控制信号而接通。

图15B根据本公开的实施例图示了图15A的比较器1525以及单位单元1500的其他组件的示例。然而，不是所有描绘的组件都是必要的，并且一个或多个实施例可包括附图中没有示出的额外组件。在不脱离如本文记载的权利要求的精神或范围的情况下，可做出组件的布置和类型的变动。可提供额外的组件、不同的组件和/或更少的组件。图15A的描述一般适用于图15B，为了清晰提供了图15A和15B之间的差异的示例和其他描述。

在一方面中，如图15B中所示，控制信号c₁和c₂除了比较器1525外部的切换电路以外还可配置比较器1525。比较器1525可包括晶体管M1、 M2、M3和M4以及切换电路SW₁₄和SW₂₄。在一方面中，晶体管M1和 M2可以是PMOS晶体管并且晶体管M3和M4可以是NMOS晶体管。晶体管M1(例如，其栅极)联系到IN_A节点，晶体管M2(例如，其栅极) 联系到IN_B节点，晶体管M3(例如，其漏极)连接到OUT_A节点，并且晶体管M4(例如，其漏极)联系到OUT_B节点。

在第一切换配置中，切换电路SW₁₁、SW₁₂、SW₁₃和SW₁₄被闭合(例如，接通)，并且切换电路SW₂₁、SW₂₂、SW₂₃和SW₂₄被断开(例如，关断)。晶体管M3的漏极和栅极经由开关SW₁₄连接，从而将晶体管M1 (联系到IN_A)设置为比较器1525的正输入(例如，正输入节点)并且将 OUT_B设置为比较器1525的输出(例如，负输出)。晶体管M2(联系到 IN_B)被设置为比较器1525的负输入。

在第二切换配置中，切换电路SW₂₁、SW₂₂、SW₂₃和SW₂₄被闭合(例如，接通)，并且切换电路SW₁₁、SW₁₂、SW₁₃和SW₁₄被断开(例如，关断)。晶体管M4的漏极和栅极经由开关SW₂₄连接，从而将晶体管M2 (联系到IN_B)设置为比较器1525的正输入并且将OUT_A设置为比较器 1525的输出(例如，负输出)。晶体管M1(联系到IN_A)被设置为比较器1525的负输入。

在第一切换配置中，与晶体管M1和M3相关联的噪声源可影响比较器1525的正输入(例如，向其贡献噪声)，并且在第二切换配置中，与晶体管M1和M3相关联的同样的这些噪声源可影响比较器1525的负输入。类似地，在第一切换配置中，与晶体管M2和M4相关联的噪声源可影响比较器1525的负输入，并且在第二切换配置中，与晶体管M2和M4 相关联的同样的这些噪声源可影响比较器1525的正输入。偏移(例如，由于噪声引起)可由于交换输入节点IN_A和IN_B和切换输出节点OUT_A和 OUT_B而被减轻。

虽然在图15A和15B中没有示出，但在一些情况下，单位单元1500 可包括电路来促进残余电压的读取和/或参考电压的采样。作为示例，图 16根据本公开的实施例图示了单位单元1600的示例。图2、图15A和 15B的描述一般适用于图16，为了清晰提供了差异的示例和其他描述。单位单元1600包括单位单元1500的组件。此外，该单位单元包括切换电路1640、电容器1645和切换电路1650，它们可以总体形成采样、保持和重置电路。采样、保持和重置电路可被利用来在积分时段结束时提供与电容器1540(例如，当IN_A节点联系到INT节点时)或电容器1545(例如，当IN_B节点联系到INT节点时)相关联的残余电压。切换电路1640可在帧结束(例如，积分帧结束)时被闭合。在一实施例中，切换电路1640、电容器1645、和切换电路1650可分别是开关240、电容器245和开关 250。由比较器1525的V_OUT控制的切换电路SW₃可被利用来将参考电压 V_REF采样到电容器1540或1545(例如，而不是连续驱动参考电压V_REF)。虽然切换电路在图15A、15B和图16中被描绘为单个开关，但每个切换电路可包括单个开关或多个开关(例如，串联连接的开关)。

图17根据本公开的实施例图示了单位单元(例如，1500、1600)的各种节点处的电压水平的定时图。在时间t＝0，单位单元在第一切换配置中开始，其中IN_A节点跟踪INT节点。当INT节点达到参考电压V_REF的电平时，单位单元的比较器(例如，1525)随着V_OUT节点变高(例如，被驱动到逻辑高)而发射。作为响应，计数器电路(例如，1530)的计数器值被更新(例如，递增)并且配置从第一切换配置转变(例如，翻转) 到第二切换配置。在转变之后，INT节点被重置。由于在第二切换配置中 IN_B节点连接到INT节点，所以IN_B被重置。IN_A节点联系到参考电压 V_REF。注意IN_A节点在比较器发射时处于或接近参考电压V_REF，因为比较器在IN_A节点超过参考电压V_REF时或者在接近该时间时发射。在图17 中，比较器在t＝t₁、t₂、t₃和t₄发射。与诸如V_OUT、c₁和c₂之类的各种信号相关联的定时是适当的，以允许电压在积分再次开始之前稳定的时间。在一方面中，注意，这里提及节点可以指该节点本身和/或该节点处的电压。例如，V_OUT可以指V_OUT节点和/或V_OUT节点上的电压V_OUT。

在一些实施例中，自动归零重置技术可被利用来减轻闪变噪声源，例如与像素内比较器相关联的那些。在重置期间，比较器从已发射状态(例如，使得计数器值递增)转变到未发射状态(例如，重置并执行积分)。自动归零重置技术可允许每个像素减轻其各自的噪声，因为不同像素的比较器可在不同的时间发射并从而表现出不同的噪声。在一些方面中，自动归零重置技术可被单独利用或者与一个或多个其他噪声减轻技术一起利用，例如斩波技术，反之亦然。

图18根据本公开的实施例图示了用于促进噪声减轻的电路1800的示例。然而，不是所有描绘的组件都是必要的，并且一个或多个实施例可包括附图中没有示出的额外组件。在不脱离如本文记载的权利要求的精神或范围的情况下，可做出组件的布置和类型的变动。可提供额外的组件、不同的组件和/或更少的组件。

电路1800包括检测器1805、晶体管1810、电容器1815、1860和 1865、比较器1825和计数器电路1830。电路1800还包括切换电路 1830、1835、1840、1845、1850和1855，和控制信号生成器电路1870，其生成控制信号来操作(例如，接通、关断)切换电路1830、1835、 1840、1845、1850和1855。在一实施例中，检测器1805、晶体管1810、电容器1815、比较器1825和计数器电路1830分别可以是或者可以包括图 2的检测器205、晶体管210、电容器215、比较器225和计数器电路230 或者可以是其一部分。

在一方面中，该体系结构可被称为自重置自动归零体系结构。在这个体系结构中，比较器1825可被称为自重置自动归零比较器。虽然比较器 1825是非反相比较器，但也可使用其他类型的比较器，例如反相比较器或差分自动归零比较器。虽然切换电路在图18中被描绘为单个开关，但每个切换电路可包括单个开关或多个开关(例如，串联连接的开关)。

在一些实施例中，在积分时段期间，电路1800可使用电容器1815来在积分模式中操作以对检测器信号积分并且在比较器1825发射时在重置模式中操作以重置电容器1815(例如，以及其他关联电路)。重置模式被执行来促进电路1800的下一次积分模式。在这些实施例中，在积分时段期间，电路1800在积分模式和重置模式之间转变。在图18中，电路1800可在积分和重置模式之间转变并且至少基于来自控制信号生成器电路1870 的控制信号

和

(例如，也被称为时钟信号、自重置自动归零时钟或者简称为时钟)执行与这些模式相关联的动作。在一些实施例中，电路1800可包括在积分时段结束时接收电容器1815的残余电压以促进残余电压的读出的电路。

图19根据本公开的实施例图示了图18的比较器1825的输出V_OUT和控制信号生成器电路1870的控制信号

和

的定时图的示例。图 20A至20D根据本公开的实施例图示了电路1800的操作。出于说明目的，电路1800的操作是基于图19中所示的定时图的，虽然可利用不同的定时图。在一方面中，图20A图示了积分模式中的电路1800的操作，并且图20B-20D图示了重置模式中的电路1800的操作。

在图20A中，电路1800在积分模式中操作，其中控制信号

(例如，逻辑低)，

(例如，逻辑高)并且

(例如，逻辑低)。电容器1860保持V_{REF_IN}节点处的参考电压V_REF的值(例如，参考电压V_REF被采样到电容器1860上)。参考图18和图20A，切换电路1835被闭合(例如，被

接通)并且切换电路1830、1840、1845、 1850和1855被断开(例如，被

或

关断)。利用此切换配置，电容器1815(联系到INT节点)耦合到电容器1865(联系到INT_IN节点)。随着电容器1815积分，INT节点上的积分电压v_X增大。由于INT节点耦合到INT_IN节点，所以INT_IN节点上的电压随着电容器1815积分与电压v_X一起增大。当INT_IN节点上的电压超过参考电压V_REF(例如，在电容器1860上保持在V_{REF_IN}节点处)时，比较器1825将其输出电压V_OUT驱动到逻辑高状态(例如，也被称为比较器1825发射)。计数器电路1830和控制信号生成器电路1870接收比较器输出电压V_OUT。

在V_OUT处于逻辑高状态中的情况下，计数器电路1830递增其计数器值并且控制信号生成器电路1870响应于接收到电压V_OUT而为控制信号

和

生成适当的值。控制信号

和

被设置到使得电路 1800从积分模式转变到重置模式的值。注意，虽然没有明确示出，但图 20A中的电压V_OUT耦合到计数器电路1830和控制信号生成器电路1870，如图18中所示。

在一实施例中，重置模式包括实现自动归零重置的一系列事件(例如，操作)。在一方面中，如图19中所示，当电压V_OUT被驱动到逻辑高时，

变高(例如，被驱动到逻辑高、接通)，然后是

变低(例如，被驱动到逻辑低，关断)。在这个方面中，如图19中所示，控制信号

和

在

关断时可以是非重叠的。在另一方面中，

变高和

变低的顺序可被颠倒。

在图20B中，电路1800在重置模式中操作，其中控制信号

并且

例如，电路1800进入与重置模式相关联的一系列状态中的第一状态。在这个第一事件中，偏移V_offset(例如，与闪变噪声相关联)被采样到电容器1865上。参考图18和图20A，切换电路1850和 1855被闭合(例如，被

接通)并且切换电路1830、1835、1840和1845被断开(例如，被

或

关断)。

在切换电路1850闭合的情况下，参考电压V_REF驱动INT_IN节点。在切换电路1855闭合的情况下，比较器输出V_OUT联系到V_{REF_IN}节点以提供反馈。在一些情况下，这种反馈是单位增益反馈并且比较器1825可被称为处于单位增益反馈模式中。该反馈可使得将参考电压V_REF加上偏移 V_offset驱动到V_OUT、V_{REF_IN}和INT_AZ节点上。这可设置电容器1865上的偏移的电压以使得电容器1865捕捉该偏移。在一些情况下，在前进到下一事件之前，与将控制信号

和/或

转变到不同值相关联的定时可被控制以允许各种信号(例如，诸如V_OUT、V_{REF_IN}和INT_AZ节点之类的各种节点处的电压)稳定。这种定时可基于比较器带宽(例如，单位增益中)。

在图20C中，电路1800在控制信号

下降时继续到与重置模式相关联的第二状态。在这个第二状态中，控制信号

并且

切换电路1830、1835、1840、1845、1850和1855断开。参考电压 V_REF加上偏移被捕捉在(例如，采样到)INT_AZ节点上并且参考电压V_REF被捕捉在(例如，采样到)INT_IN节点上。利用INT_AZ节点处的V_REF+ V_offset和INT_IN节点处的V_REF，在电容器1865上捕捉偏移V_offset。在一方面中，在电容器1865上捕捉的偏移可被利用来减轻(例如，抵销)与比较器1825相关联的偏移。

在图20D中，电路1800在控制信号

返回高并且

变高时继续到与重置模式相关联的第三状态。在这个第三状态中，控制信号

并且

参考图18和图20D，切换电路1830、1835和1840被闭合并且切换电路1845、1850和1855断开。INT节点和INT_AZ节点被驱动到0V，从而使得INT_IN节点被相应地驱动到接近0V。在这个第三状态期间，V_{REF_IN}节点被驱动到参考电压V_REF而不是V_REF+V_offset。偏移电压 V_offset保持被捕捉在电容器1865上以允许对比较器1825中存在的偏移的减轻。在一方面中，控制信号

和

可被维持以允许这个第三状态的持续时间足以重置(例如，完全重置)INT节点。当控制信号

降低时，电路1800从重置模式转变到积分模式，其中控制信号

并且

积分模式是参考图20A来描述的。

图21根据本公开的实施例图示了控制信号生成器电路2100的示例。在一实施例中，控制信号生成器电路2100可以是或者可以包括图18和图 20A-20D的控制信号生成器电路1870或者可以是其一部分。

控制信号生成器电路2100包括反相器2105A-L、SR锁存器2110、以及或非门2115。当电压V_OUT变高时，反相器2105A使电压V_OUT反相以将信号(例如，电压信号)CP驱动到低。由于信号CP开始为高并且被联系到SR锁存器2110的重置输入，所以由SR锁存器2110提供的信号STOP 为低。在信号STOP为低并且信号CP从高转变到低的情况下，或非门 2115的输出从低转变到高并且可被利用为控制信号

控制信号

可被提供为到反相器2105B的输入。在利用反相器2105B-D实现的延迟之后，反相器2105D的输出可被利用为控制信号

利用反相器2105E-H实现的延迟。在一方面中，参考图20B，利用反相器2105E-H实现的延迟可允许控制信号

和

维持其相对状态(例如，维持图20B中所示的状态)，维持时间长到足以稳定各种节点上的值 (例如，电压值)并且捕捉电容器1865上的偏移。反相器2105H的输出被提供到SR锁存器2110的设置输入以设置信号STOP。信号STOP反馈到或非门2115并且首先使得

然后使得

转变回到其各自的原始状态。反相器2105H的输出也被提供到反相器2105J。利用反相器2105J-L 实现的延迟可使得控制信号

在

已返回到其原始状态之后接通。控制信号

可保持接通，保持时间量与

和

保持接通的时间量相同或大致相同。这个时间量是由经过循环的延迟(例如，从信号CP转变到逻辑高的时间到信号CP转变到逻辑低的时间)设置的。

虽然前文描述了其中三个控制信号

和

被利用来实现自动归零、自重置和噪声减轻能力的示例，但在一些实施例中，可利用更少、更多和/或不同的控制信号。对于控制信号生成器电路2100，用来延迟和/或生成控制信号的其他方式可被利用。

在适用时，本公开所提供的各种实施例可利用硬件、软件、或者硬件和软件的组合来实现。另外，在适用时，本文记载的各种硬件组件和/或软件组件可被组合成包括软件、硬件、和/或两者的复合组件，而不脱离本公开的精神。在适用时，本文记载的各种硬件组件和/或软件组件可被分离成包括软件、硬件、或两者的子组件，而不脱离本公开的精神。此外，在适用时，设想了软件组件可被实现为硬件组件，反之亦然。

根据本公开，软件(例如，非暂态指令、程序代码和/或数据)可被存储在一个或多个非暂态机器可读介质上。还设想到了本文识别的软件可利用联网的和/或没有联网的一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统来实现。在适用时，本文描述的各种步骤的排序可被改变、被组合成复合步骤和/或被分离成子步骤，以提供本文描述的特征。

前述描述并不打算将本公开限制到公开的精确形式或者特定使用领域。上文描述的实施例例示但不限制本实用新型。设想到了对本实用新型的各种替换实施例和/或修改，无论是本文明确描述的还是暗示的，根据本公开都是可能的。因此，本实用新型的范围只由所附权利要求限定。

Claims (14)

1.一种用于检测的装置，其特征是包括：

检测器，被配置为检测与入射场景相关联的电磁辐射并且基于检测到的电磁辐射在积分节点处生成检测信号；

具有在所述积分节点处与所述检测器耦合的第一端子的第一电容器，其中所述第一电容器被配置为在积分时段期间基于所述检测信号累积第一电压；

比较器，在所述积分节点处耦合到所述检测器和所述第一电容器，并被配置为在所述积分时段期间将所述第一电压与参考电压相比较以确定所述第一电压是否超过所述参考电压并提供比较器输出电压；

与所述第一电容器和所述比较器耦合的计数器电路，其中所述计数器电路被配置为在所述积分时段期间基于由所述比较器输出电压提供的所述第一电压与所述参考电压的比较来调整计数器值；

与所述第一电容器耦合的第一重置电路，其中所述第一重置电路被配置为在所述积分时段期间基于所述比较来重置所述第一电容器；以及

处理电路，被配置为在所述积分时段已逝去时至少基于所述计数器值来生成数字检测器输出。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是还包括：

与所述第一电容器并联耦合的第二电容器，被配置为在所述积分时段已逝去时接收所述第一电容器上的残余电压，其中所述处理电路被配置为至少基于所述计数器值和所述残余电压来生成所述数字检测器输出。

3.如权利要求2所述的装置，其特征是还包括：

采样/保持电路，被配置为在所述积分时段已逝去时并且与所述第一电容器累积第二电压至少部分同时地保持所述残余电压，其中所述采样/保持电路包括所述第二电容器和开关；以及

第二重置电路，该第二重置电路与所述第二电容器耦合并且被配置为在所述残余电压被读出到模拟总线或缓冲器中的至少一者时重置所述第二电容器，

其中：

所述装置包括被配置为捕捉与所述入射场景相关联的红外图像的红外成像装置，

所述数字检测器输出包括指示所述计数器值的第一多个比特和指示所述残余电压的数字化表示的第二多个比特，并且

所述数字检测器输出与所述红外图像的至少一个像素相关联。

4.如权利要求1所述的装置，其特征是还包括：

控制信号生成器电路，被配置为生成多个控制信号；

与所述比较器耦合的第二电容器；以及

第一开关，被配置为基于来自所述控制信号生成器电路的第一控制信号选择性地将所述第一电容器耦合到所述第二电容器，

其中所述第一重置电路被配置为响应于来自所述控制信号生成器电路的第二控制信号而重置所述第一电容器。

5.如权利要求4所述的装置，其特征是：

所述比较器被配置为：

在所述比较器的第一输入节点处接收所述第一电压；

在所述比较器的第二输入节点处接收所述参考电压；并且

经由所述比较器的输出节点提供比较器输出信号；并且

所述装置还包括第二开关，该第二开关被配置为基于来自所述控制信号生成器电路的第三控制信号选择性地将所述第二输入节点耦合到所述第二电容器。

6.如权利要求5所述的装置，其特征是还包括：

第三开关，被配置为基于所述第三控制信号选择性地将所述参考电压处的节点耦合到所述第一输入节点；以及

第四开关，被配置为基于所述第三控制信号选择性地将所述比较器的所述输出节点耦合到所述比较器的所述第二输入节点，

其中：

当所述输出节点和所述第二输入节点经由所述第四开关耦合时，所述比较器处于单位增益反馈模式中，并且

所述第二电容器被配置为当所述第一开关断开、所述第二开关闭合、所述第三开关闭合并且所述第四开关闭合时捕捉与所述比较器相关联的偏移电压。

7.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述第一电容器耦合到所述比较器的第一输入节点，所述装置还包括：

与所述比较器的第二输入节点耦合的第二电容器；

第一开关，被配置为在所述装置的第一切换配置中将所述检测器耦合到所述第一输入节点；

第二开关，被配置为当在所述装置的第二切换配置中时将所述检测器耦合到所述第二输入节点；

控制信号生成器电路，被配置为响应于对所述计数器值的每次调整而生成控制信号以引起所述第一切换配置和所述第二切换配置之间的转变；并且

其中在所述积分时段期间：

当在所述第一切换配置中时，所述第一电容器被配置为基于所述检测信号而累积所述第一电压；并且

当在所述第二切换配置中时，所述第二电容器被配置为基于所述检测信号而累积所述第一电压。

8.如权利要求7所述的装置，其特征是还包括：

与所述第一电容器耦合的第一晶体管；

与所述第二电容器耦合的第二晶体管；

与所述第一晶体管连接的第三晶体管；

与所述第二晶体管和第三晶体管连接的第四晶体管；

第一比较器开关，被配置为当在所述第一切换配置中时将所述第三晶体管的漏极耦合到所述第三晶体管的栅极；以及

第二比较器开关，被配置为当在所述第二切换配置中时将所述第四晶体管的漏极耦合到所述第四晶体管的栅极。

9.如权利要求8所述的装置，其特征是还包括：

第三开关，被配置为当在所述第二切换配置中时将所述参考电压处的节点耦合到所述第一输入节点；

第四开关，被配置为当在所述第一切换配置中时将所述参考电压处的节点耦合到所述第二输入节点；

第五开关，被配置为当在所述第一切换配置中时将所述第四晶体管耦合到所述计数器电路；以及

第六开关，被配置为当在所述第二切换配置中时将所述第三晶体管耦合到所述计数器电路，

其中：

所述第一晶体管的栅极耦合到所述第一电容器，

所述第二晶体管的栅极耦合到所述第二电容器，

所述第三晶体管的所述漏极连接到所述第一晶体管的漏极，

所述第四晶体管的所述漏极连接到所述第二晶体管的漏极，并且

所述第三晶体管的所述栅极连接到所述第四晶体管的所述栅极。

10.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述处理电路还被配置为：

利用预定值调整所述计数器值以获得经调整的计数器值；并且

至少基于所述经调整的计数器值来生成与所述入射场景相关联的重建图像数据。

11.如权利要求10所述的装置，其特征是还包括：

多个活跃单位单元，其中所述多个活跃单位单元中的每个活跃单位单元包括被配置为响应于所述入射场景而生成输出的活跃单位单元检测器；以及

多个参考单位单元，其中所述多个参考单位单元中的每个参考单位单元包括被配置为生成输出的参考单位单元检测器，

其中所述处理电路还被配置为：

对于所述多个活跃单位单元中的每个活跃单位单元，基于与该活跃单位单元相关联的相应输出生成相应的第一计数器值；

对于所述多个参考单位单元中的每个参考单位单元，基于与该参考单位单元相关联的相应输出生成相应的第二计数器值；

基于所述第二计数器值确定缓冲区；

基于所述缓冲区识别所述第一计数器值的子集；

识别所述第一计数器值的剩余部分；并且

利用所述预定值调整所述子集中的每个第一计数器值以获得经调整的第一计数器值。

12.如权利要求11所述的装置，其特征是：

所述第一计数器值是第一X比特计数器值并且所述第二计数器值是Y比特计数器值，

Y大于X，并且

所述处理电路还被配置为：

确定所述Y比特计数器值之中的最小Y比特计数器值；并且

去除所述最小Y比特计数器值的Y–X比特以获得与该Y比特计数器值相关联的X比特计数器值，其中所述缓冲区是基于与该Y比特计数器值相关联的X比特计数器值的，并且其中所述子集中的每个第一计数器值具有小于所述缓冲区的下边界的值。

13.如权利要求11所述的装置，其特征是：

所述检测器是所述多个活跃单位单元中的一个活跃单位单元的活跃单位单元检测器，

所述多个参考单位单元中的每个参考单位单元还包括如下结构，该结构被配置为为该参考单位单元的参考单位单元检测器阻挡所述入射场景，并且

所述处理电路被配置为至少基于所述经调整的第一计数器值和所述第一计数器值的所述剩余部分来生成与所述入射场景相关联的所述重建图像数据。

14.如权利要求13所述的装置，其特征是：

所述检测器包括辐射热测定器；

所述多个活跃单位单元中的所述一个活跃单位单元还包括：

所述计数器电路；

所述第一电容器；以及

第二电容器，被配置为在所述积分时段已逝去时接收所述第一电容器上的残余电压；

所述多个活跃单位单元中的所述一个活跃单位单元的输出是基于所述计数器值和所述残余电压的；

所述多个活跃单位单元形成焦平面阵列的至少一部分；

第一晶片包括所述多个活跃单位单元中的所述一个活跃单位单元的所述第一电容器和所述第二电容器；

第二晶片包括所述多个活跃单位单元中的所述一个活跃单位单元的所述计数器电路；

所述装置包括被配置为捕捉与所述入射场景相关联的红外图像的红外成像装置；并且

所述数字检测器输出与所述红外图像的至少一个像素相关联。

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