TW202333490A - 讀出電路及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示感測器讀出及校準之方法及用於執行該等方法之電路。在一些實施例中，該等方法包含在一電壓下驅動一主動感測器。在一些實施例中，該等方法包含使用一校準感測器，且該等電路包含該校準感測器。在一些實施例中，該等方法包含使用一校準電流源且電路包含該校準電流源。在一些實施例中，一感測器電路包含一積分三角ADC(Sigma-Delta ADC)。在一些實施例中，在一相同列時間期間使用第一讀出電路及第二讀出電路來讀出一行感測器。

Description

讀出電路及方法
本發明大體上係關於MEMS感測器。更明確言之，本發明係關於感測器讀出電路、校準電路及對應於該等電路之方法。
一MEMS感測器陣列可將一感測器影像轉換成複數個個別像素信號。舉例而言，在一輻射熱計中，一輻射熱計像素陣列曝露於一熱影像(例如，長波長紅外範圍(下文中「LWIR」)中之一波譜)。回應於曝露，阻抗在各輻射熱計像素中之兩個端子之間變化且接著將該等變化捕獲為表示熱影像之信號。
MEMS感測器必須應對干擾。在輻射熱計實例中，干擾可為壓倒性的。輻射熱計干擾可表現為陣列中之全部像素共有之大環境干擾，其由環境條件之變化且由電阻元件(例如，電路中之電阻器、輻射熱計像素本身)之自加熱引起。與一給定像素上之一最小可偵測熱影像信號(例如，約0.5 mK)相比，此等共模變化通常係大的(例如，高達+/- 50 K)。換言之，輻射熱計雜訊比預期信號大多個數量級。
感測器雜訊可影響一感測器影像之清晰度。一輻射熱計陣列中之雜訊可包含時間及空間圖案化雜訊兩者。雜訊之實例包含1/f雜訊、熱雜訊、及程序相依變動。當藉由根據行及列配置之電路讀出陣列中之信號時，讀出之變動可導致可見列間及行間條帶。
在傳統組態下，非所要地輸出共模變化以供量測，從而減小隨後量測或取樣級之動態範圍。一些已知解決方案添加電路以減少量測時之非所要共模效應，但此等解決方案具有一小的環境適用範圍及不良可重複性，需要手動修整或校準，增加複雜性、大小及成本，引入更多寄生效應及未知數，且消耗更多功率，僅舉幾個缺點。
本發明之實例係關於克服本文中識別之缺點之MEMS感測器讀出電路及方法。在一些實施例中，感測器讀出電路包含一參考感測器、一主動感測器、電流源、一電壓驅動器、及一讀出元件。在一些實施例中，方法包含：提供一電流至一參考感測器；產生電耦合至一主動感測器之一共模追蹤偏壓電壓；及量測一讀出元件處之一電流變化。
作為一例示性優勢，所揭示之電路及方法在無額外電路之成本及複雜性之情況下減少共模效應。本文中呈現之電路可有效且緊密地追蹤感測器陣列中之共模變化。因此，可改良經量測熱影像信號之精確度，且可在無額外補償組件之情況下減少隨後類比轉數位轉換器(ADC)之輸入範圍要求。藉由追蹤共模變化，可改良一偏壓電壓、速度及精確度，此係因為行電壓標稱上可處於固定電壓且不受行寄生元件影響。
在一些實施例中，一感測器讀出電路包含一讀出元件、一第一電流源、一第二電流源、一電壓驅動器、一參考感測器、及一主動感測器。讀出元件包含一輸入。電壓驅動器包含一輸出。參考感測器包含一第一端子及一第二端子；該第一端子電耦合至第一電流源且該第二端子電耦合至電壓驅動器之輸出。主動感測器包含一第一端子及一第二端子；該第一端子電耦合至第二電流源及讀出元件之輸入且該第二端子電耦合至電壓驅動器之輸出。主動感測器經組態以曝露於一感測器影像。
在一些實施例中，第一電流源及第二電流源係恆定源。
在一些實施例中，電壓驅動器產生主動感測器之一偏壓電壓。
在一些實施例中，主動感測器進一步經組態以在主動感測器曝露於感測器影像時改變自主動感測器之第一端子至讀出元件之輸入之一電流。
在一些實施例中，主動感測器進一步經組態以在主動感測器曝露於感測器影像時改變主動感測器之阻抗。
在一些實施例中，參考感測器係一參考輻射熱計像素且主動感測器係一主動輻射熱計像素。
在一些實施例中，電路進一步包含一第二參考感測器、一第二主動感測器、一第一開關、一第二開關、一第三開關、及一第四開關。第二參考感測器包含一第一端子及一第二端子；該第一端子電耦合至第一電流源且該第二端子電耦合至電壓驅動器。第二主動感測器包含一第一端子及一第二端子；該第一端子電耦合至輸出第二電流之第二電流源且該第二端子電耦合至電壓驅動器之輸出。第二主動感測器經組態以改變自第一端子至讀出元件之輸入之電流。第一開關經組態以選擇性地將參考感測器電耦合至第一電流源。第二開關經組態以選擇性地將主動感測器電耦合至第二源。第三開關經組態以選擇性地將第二參考感測器電耦合至第一電流源。第四開關經組態以選擇性地將第二主動感測器電耦合至第二電流源。
在一些實施例中，電路進一步包含經組態以移除一偏移的一相關雙重取樣(CDS)電路。
在一些實施例中，讀出元件之電壓與參考感測器與主動感測器之間之一阻抗差成比例。
在一些實施例中，電路進一步包含電耦合至參考感測器之第二端子之一運算放大器之一輸出。
在一些實施例中，電路進一步包含電耦合至參考感測器之第一端子及第二端子之一回饋元件。
在一些實施例中，電路進一步包含一第三參考感測器及一第三電流源。第三參考感測器包含一第一端子及電耦合至電壓驅動器之輸出之一第二端子。第三電流源電耦合至第三參考感測器之第一端子，且經組態以輸出反映由第三參考感測器產生之自加熱之一第七電流。第二電流之值根據第七電流調整。
在一些實施例中，電路進一步包含一ADC，該ADC經組態以對從第一端子至讀出元件之輸入之電流之變化進行取樣。
在一些實施例中，第一電流源及第二電流源經組態以在相對於各自第一端子之一相同方向上輸出相等量值之電流。
在一些實施例中，讀出元件包含一電容式轉阻放大器(CTIA)。
在一些實施例中，從一無熱電壓源及電阻器、一高阻抗無熱電晶體電流源、及一威爾森電流鏡之群組選擇第一電流源及第二電流源。
在一些實施例中，讀出電路之非感測器元件經設計為實質上無熱及/或最小化自加熱之效應。
在一些實施例中，電路進一步包含輸出至參考感測器之第二端子的一放大器。參考感測器之第一端子電耦合至放大器之一負輸入。第一電流源經組態以跨負輸入及輸出產生一電壓降。
在一些實施例中，參考感測器係一參考輻射熱計像素，且主動感測器係經組態以偵測LWIR輻射之一輻射熱計像素。
在一些實施例中，讀出元件包含一積分三角 ADC。
在一些實施例中，積分三角 ADC之一第一級包含一CTIA。
在一些實施例中，參考感測器對一感測器影像屏蔽。
在一些實施例中，電路進一步包含電耦合在電壓驅動器之輸出與主動感測器之第二端子之間的一電壓隨耦器。
在一些實施例中，電路進一步包含兩個或更多個電流緩衝器，該兩個或更多個電流緩衝器包含電耦合在第一電流源與參考感測器之間的一第一電流緩衝器及電耦合在第二電流源與主動感測器之間的一第二電流緩衝器。
在一些實施例中，電路進一步包含經組態以選擇性地將主動感測器電耦合至電壓驅動器的一第五開關。
在一些實施例中，一種感測器讀出之方法包含：提供一第一電流至一參考感測器之一第一端子；自該第一電流產生該參考感測器之一第二端子處之一電壓；提供一第二電流至一主動感測器之一第一端子；在該電壓下驅動該主動感測器之一第二端子；將該主動感測器曝露於一感測器影像；及量測從該主動感測器之該第一端子至一讀出元件之一輸入之一第三電流。
在一些實施例中，第一電流及第二電流係恆定的。
在一些實施例中，電壓係主動感測器之一偏壓電壓。
在一些實施例中，將主動感測器曝露於感測器影像進一步包含改變第三電流。
在一些實施例中，將主動感測器曝露於感測器影像進一步包含改變主動感測器之一阻抗。
在一些實施例中，方法進一步包含：提供一第四電流至一第二參考感測器之一第一端子；自該第四電流產生該第二參考感測器之一第二端子處之一第二電壓；提供一第五電流至一第二主動感測器之一第一端子；在該第二電壓下驅動該第二主動感測器之一第二端子；將該第二主動感測器曝露於感測器影像；及量測自該第二主動感測器之該第一端子至一讀出元件之輸入之一第六電流。
在一些實施例中，方法進一步包含：將提供第一電流之一第一電流源與參考感測器電解耦合；將提供第四電流之該第一電流源耦合至第二參考感測器；將提供第二電流之一第二電流源與主動感測器電解耦合；及將提供第五電流之該第二電流源耦合至第二主動感測器。
在一些實施例中，方法進一步包含：判定由讀出元件之輸入產生之一偏移；及在量測至讀出元件之輸入之電流之前取消偏移。
在一些實施例中，讀出元件之一輸出處之一電壓與參考感測器與主動感測器之間之一阻抗差成比例。
在一些實施例中，藉由一運算放大器驅動電壓，且參考感測器之第一端子電耦合至運算放大器之一負輸入。
在一些實施例中，方法進一步包含從參考感測器之第二端子回饋至參考感測器之第一端子。
在一些實施例中，方法進一步包含：提供一第七電流至一第三參考感測器之一第一端子，該第七電流反映由該第三參考感測器產生之自加熱；及根據該第七電流調整第二電流之一值。
在一些實施例中，方法進一步包含對由至一讀出元件之輸入之電流產生之一電壓取樣。
在一些實施例中，第一電流及第二電流在量值上相等且在相對於參考感測器及主動感測器之各自第一端子之一相同方向上。
在一些實施例中，方法進一步包含將第三電流轉換成讀出元件之一讀出電壓。
在一些實施例中，提供第一電流及提供第二電流各包含提供選自一無熱電壓源及電阻器、一高阻抗無熱電晶體電流源、及一威爾森電流鏡之群組之至少一者。
在一些實施例中，在電壓下驅動主動感測器之第二端子進一步包含從一電壓驅動器之一輸出驅動參考感測器之第二端子及主動感測器之第二端子。
在一些實施例中，方法進一步包含：從第一電流導致跨參考感測器之一電壓降；使用輸出至參考感測器之第二端子之一放大器來產生電壓；及將參考感測器之第一端子電耦合至放大器之一負端子。
在一些實施例中，參考感測器係一參考輻射熱計像素且主動感測器係一主動輻射熱計像素。
在一些實施例中，將主動感測器曝露於感測器影像進一步包含將主動感測器曝露於LWIR輻射。
在一些實施例中，讀出元件包含一積分三角 ADC。
在一些實施例中，積分三角 ADC之一第一級包含一CTIA。
在一些實施例中，方法進一步包含：將參考感測器曝露於參考感測器及主動感測器共有之一環境條件；及使參考感測器對感測器影像屏蔽。
在一些實施例中，在電壓下驅動主動感測器之第二端子進一步包含在主動感測器之第二端子與提供該電壓之一電壓源之間緩衝。
在一些實施例中，方法進一步包含：緩衝第一電流；及緩衝第二電流。
在一些實施例中，一種製造一感測器讀出電路之方法包含：提供包含一輸入之一讀出元件；提供一第一電流源；提供一第二電流源；提供包含一輸出之一電壓驅動器；提供包含一第一端子及一第二端子之一參考感測器；將該參考感測器之該第一端子電耦合至該第一電流源；將該參考感測器之該第二端子電耦合至該電壓驅動器之該輸出；提供包含一第一端子及一第二端子之一主動感測器，該主動感測器經組態以曝露於一感測器影像；將該主動感測器之該第一端子電耦合至該第二電流源及該讀出元件之該輸入；及將該主動感測器之該第二端子電耦合至該電壓驅動器之該輸出。
在一些實施例中，第一電流源及第二電流源係恆定電流源。
在一些實施例中，電壓驅動器經組態以產生主動感測器之一偏壓電壓。
在一些實施例中，主動感測器進一步經組態以在主動感測器曝露於感測器影像時改變自主動感測器之第一端子至讀出元件之輸入之一電流。
在一些實施例中，主動感測器進一步經組態以在主動感測器曝露於感測器影像時改變主動感測器之阻抗。
在一些實施例中，參考感測器係一參考輻射熱計像素且主動感測器係一主動輻射熱計像素。
在一些實施例中，製造方法進一步包含：提供包含一第一端子及一第二端子之一第二參考感測器；將該第二參考感測器之該第一端子電耦合至第一電流源；將該第二參考感測器之該第二端子電耦合至電壓驅動器；提供包含一第一端子及一第二端子之一第二主動感測器，該第二主動感測器經組態以曝露於感測器影像；將該主動感測器之該第一端子電耦合至第二電流源；將該主動感測器之該第二端子電耦合至該電壓驅動器之輸出，且該第二主動感測器經組態以改變自該主動感測器之該第一端子至讀出元件之輸入之一電流；及提供經組態以選擇性地將該參考感測器電耦合至該第一電流源之一第一開關；提供經組態以選擇性地將該主動感測器電耦合至該第二電流源之一第二開關；提供經組態以選擇性地將該第二參考感測器電耦合至該第一電流源之一第三開關；及提供經組態以選擇性地將該第二主動感測器電耦合至該第二電流源之一第四開關。
在一些實施例中，製造方法進一步包含提供經組態以移除一偏移之一CDS電路。
在一些實施例中，讀出元件經組態以產生與參考感測器與主動感測器之間之一阻抗差成比例之一電壓。
在一些實施例中，製造方法進一步包含：提供一運算放大器；及將一運算放大器之一輸出電耦合至參考感測器之第二端子。
在一些實施例中，製造方法進一步包含：提供一回饋元件；及將該回饋元件電耦合至參考感測器之第一端子及第二端子。
在一些實施例中，製造方法進一步包含：提供包含一第一端子及一第二端子之一第三參考感測器；將該第三參考感測器之該第二端子電耦合至電壓驅動器之輸出；提供經組態以輸出反映由該第三參考感測器產生之自加熱之一第七電流的一第三電流源，且第二電流之一值根據該第七電流調整；及將該第三電流源電耦合至該第三參考感測器之該第一端子。
在一些實施例中，製造方法進一步包含提供一ADC，該ADC經組態以對自第一端子至讀出元件之輸入之電流之變化進行取樣。
在一些實施例中，第一電流源及第二電流源經組態以在相對於各自第一端子之一相同方向上輸出相等量值之電流。
在一些實施例中，讀出元件包含一CTIA。
在一些實施例中，從一無熱電壓源及電阻器、一高阻抗無熱電晶體電流源、及一威爾森電流鏡之群組選擇第一電流源及第二電流源。
在一些實施例中，製造方法進一步包含：提供輸出至參考感測器之第二端子之一放大器；及將參考感測器之第一端子電耦合至該放大器之一負輸入，第一電流源經組態以跨該負輸入及輸出產生一電壓降。
在一些實施例中，參考感測器係一參考輻射熱計像素且主動感測器係經組態以偵測LWIR輻射之一輻射熱計像素。
在一些實施例中，讀出元件包含一積分三角 ADC。
在一些實施例中，積分三角 ADC之一第一級包含一CTIA。
在一些實施例中，參考感測器對一感測器影像屏蔽。
在一些實施例中，製造方法進一步包含：提供一電壓隨耦器；及將該電壓隨耦器電耦合在電壓驅動器之輸出與主動感測器之第二端子之間。
在一些實施例中，製造方法進一步包含：提供包含一第一電流緩衝器及一第二電流緩衝器之兩個或更多個電流緩衝器；將該第一電流緩衝器電耦合在第一電流源與參考感測器之間；及將該第二電流緩衝器電耦合在第二電流源與主動感測器之間。
在一些實施例中，方法包含量測校準感測器之一電壓及基於經量測校準感測器電壓來運算一經校準讀出電壓。在一些實施例中，方法包含量測電耦合至校準電流源之一讀出元件之一讀出電壓及基於由校準電流導致之讀出電壓來運算一輸出。在一些實施例中，方法包含在快門閉合時及在快門敞開時量測讀出電壓及運算讀出電壓之間之一差。
在一些例項中，列間圖案雜訊可由偏壓電壓中之雜訊導致，其對於一列感測器而言可係常見的。因此，針對一整列感測器觀察偏壓電壓之雜訊。在一些例項中，行間圖案雜訊可由與特定感測器行相關聯之撇取(skimming)電流及ADC之失配及1/f雜訊導致。
本發明之實例係關於克服本文中識別之缺點(例如，圖案雜訊)之MEMS感測器校準電路及方法。在一些實施例中，感測器校準電路包含一校準感測器及一校準讀出元件。在一些實施例中，感測器校準電路包含一校準電流源。在一些實施例中，一快門包含在感測器校準電路中內。
作為一例示性優勢，所揭示之電路及方法以減少成本移除雜訊。本文中呈現之電路有效且緊密地移除感測器陣列中之雜訊。因此，可改良經量測感測器影像之清晰度。
在一些實施例中，一種感測器電路包含：複數個主動感測器，其等曝露於一感測器影像且共用一偏壓電壓節點；一校準讀出元件；及一校準感測器，其對感測器影像屏蔽且包含電耦合至該偏壓電壓節點之一第一端子及電耦合至該校準讀出元件之一第二端子。
在一些實施例中，校準感測器之一阻抗與複數個主動感測器之一主動感測器之一阻抗相同，且校準感測器之一電載子計數大於主動感測器之一電載子計數。
在一些實施例中，感測器電路進一步包含：一讀出元件，其對應於複數個主動感測器之一主動感測器且經組態以量測該主動感測器之一讀出電壓，校準讀出元件經組態以量測校準感測器之一讀出電壓，且感測器電路電耦合至：一處理器；及一記憶體，其包含指令，該等指令在由該處理器執行時導致該處理器執行一方法，該方法包含：接收主動感測器之讀出電壓；接收校準感測器之讀出電壓；及運算(1)主動感測器之讀出電壓與(2)校準感測器之讀出電壓之間之一差，該差藉由校準感測器之一阻抗與主動感測器之一阻抗之間之一比率加權。
在一些實施例中，比率係1。
在一些實施例中，比率與溫度無關。
在一些實施例中，感測器電路進一步包含：一讀出元件，其對應於複數個主動感測器之一主動感測器且經組態以量測該主動感測器之一讀出電壓，感測器電路電耦合至一處理器及包含指令之一記憶體，該等指令在由該處理器執行時導致一或多個處理器執行一方法，該方法包含：接收對應於一閉合快門之一第一讀出電壓；接收對應於一敞開快門之一第二讀出電壓；及運算在(1)第一讀出電壓與(2)第二讀出電壓之間之與由感測器影像導致之主動感測器之一阻抗差成比例的一差。
在一些實施例中，複數個讀出元件包含複數個ADC。
在一些實施例中，校準感測器及複數個主動感測器係由具有一相同熱阻抗係數(TCR)之材料製成。
在一些實施例中，複數個主動感測器包含複數行主動感測器，電路進一步包含：複數個電流源，該複數個電流源之一電流源電耦合至校準感測器之第二端子及校準讀出元件；及複數個讀出元件，該複數行主動感測器之各者電耦合至：一對應讀出節點處之該複數個電流源之一對應電流源；及該對應讀出節點處之該複數個讀出元件之一對應讀出元件。
在一些實施例中，校準讀出元件包含一類比轉數位轉換器(ADC)。
在一些實施例中，複數個主動感測器及校準感測器係輻射熱計，且感測器影像係一熱影像。
在一些實施例中，一種感測器電路包含：一校準電流源，其提供一校準電流；一主動感測器；一讀出元件；一第一開關，其經組態以選擇性地將該主動感測器電耦合至該讀出元件；及一第二開關，其經組態以選擇性地將該校準電流源電耦合至該讀出元件。
在一些實施例中，第二開關經組態以在第一開關將主動感測器電耦合至讀出元件時將校準電流源與第一讀出元件電解耦合，且第一開關經組態以在第二開關將校準電流電耦合至讀出元件時將主動感測器與第一讀出元件電解耦合，且感測器電流電耦合至：一處理器；及一記憶體，其包含指令，該等指令在由該處理器執行時導致該處理器執行一方法，該方法包含：接收主動感測器之一第一讀出電壓；接收由校準電流導致之一第二讀出電壓；及基於(1)第一讀出電壓及(2)第二讀出電壓來運算與主動感測器之一讀出電流成比例之一輸出。
在一些實施例中，感測器電路進一步包含：複數個主動感測器，其包含主動感測器；及複數個讀出元件，其包含第一讀出元件及第二讀出元件，該複數個讀出元件之各者電耦合至該複數個主動感測器之一各自主動感測器，方法進一步包含：從該複數個讀出元件之一讀出元件接收該各自主動感測器之一第一讀出電壓；接收由一各自讀出元件上之校準電流導致之一第二讀出電壓；及基於(1)該各自感測器之該讀出電壓及(2)由該各自讀出元件上之該校準電流導致之該第二讀出電壓來運算與該各自主動感測器之一讀出電流成比例之一各自輸出。
在一些實施例中，感測器電路進一步包含屬於與第一主動感測器相同之一行之一第二主動感測器，方法進一步包含，在運算第一輸出之後：接收該第二主動感測器之一第三讀出電壓；及基於(1)該第三讀出電壓及(2)由校準電流導致之第二讀出電壓來運算與第四主動感測器之一讀出電流成比例之一第二輸出。
在一些實施例中，由校準電流導致之相同行上之第二讀出電壓之連續接收之間之時間係一校準週期。
在一些實施例中，校準週期係1秒。
在一些實施例中，校準週期基於讀出元件之漂移。
在一些實施例中，在第二讀出電壓之連續接收期間讀出不同列。
在一些實施例中，感測器電路進一步包含：一第二校準電流源；一第三開關，其經組態以選擇性地將第一校準電流源電耦合至讀出元件；及一第四開關，其經組態以選擇性地將該第二校準電流源電耦合至該讀出元件，且在該第三開關將該讀出元件與該第一校準電流源電解耦合時：該第四開關經組態以將該讀出元件電耦合至該第二校準電流源，且方法進一步包含接收由第二校準電流導致之一第三讀出電壓；且輸出進一步基於由該第二校準電流導致之該第三讀出電壓。
在一些實施例中，讀出元件包含一ADC。
在一些實施例中，感測器電路電耦合至：一處理器；及一記憶體，其包含指令，該等指令在由該處理器執行時導致一或多個處理器執行一方法，該方法包含：接收對應於一閉合快門之一第一讀出電壓；接收對應於一敞開快門之一第二讀出電壓；及運算在(1)該第一讀出電壓與(2)該第二讀出電壓之間之與由一感測器影像導致之第一主動感測器之一阻抗差成比例的一差。
在一些實施例中，主動感測器係曝露於一熱場景之一輻射熱計。
在一些實施例中，主動感測器曝露於一感測器影像且與複數個主動感測器共用一偏壓電壓節點，且感測器電路進一步包含：一第二讀出元件；及一校準感測器，其對該感測器影像屏蔽且包含電耦合至該偏壓電壓節點之一第一端子及電耦合至該第二讀出元件之一第二端子。
一些實施例包含一種製造上文電路之方法。
在一些實施例中，一種計算一感測器電路中之一經校準電壓之方法包含：將一校準感測器之一第一端子電耦合至由複數個主動感測器共用之一偏壓電壓節點；將該校準感測器之一第二端子電耦合至一校準讀出元件；將該複數個主動感測器曝露於一感測器影像；使該校準感測器對該感測器影像屏蔽；運用一讀出元件量測該複數個主動感測器之一主動感測器之一讀出電壓；運用該校準讀出元件量測該校準感測器之一讀出電壓；及將該經校準電壓運算為(1)該主動感測器之該讀出電壓與(2)該校準感測器之該讀出電壓之間之一差，該差藉由該校準感測器之一阻抗與該主動感測器之一阻抗之間之一比率加權。
在一些實施例中，校準感測器之阻抗與主動感測器之阻抗相同，且校準感測器之一電載子計數大於主動感測器之一電載子計數。
在一些實施例中，比率係1。
在一些實施例中，比率與溫度無關。
在一些實施例中，校準感測器及主動感測器係由具有一相同TCR之材料製成。
在一些實施例中，方法進一步包含：將複數個電流源之一電流源電耦合至校準感測器之第二端子及校準讀出元件；將複數個主動感測器行之一行電耦合至讀出元件，該主動感測器行包含主動感測器；及將該複數個電流源之一第二電流源電耦合至該讀出元件。
在一些實施例中，方法進一步包含：閉合一快門；運用讀出元件量測對應於閉合快門之一第一讀出電壓；及運用校準讀出元件量測對應於閉合快門之一第二讀出電壓；及在運算經校準電壓之後，運算(1)該經校準電壓與(2a)第一讀出電壓與(2b)第二讀出電壓之間藉由該比率加權之一差之間的一第二差，該第二差係一快門校準電壓。
在一些實施例中，校準讀出元件包含一ADC。
在一些實施例中，讀出元件包含一ADC。
在一些實施例中，複數個主動感測器及校準感測器係輻射熱計，且感測器影像係一熱影像。
在一些實施例中，一種計算一感測器電路中之一輸出之方法包含：將一讀出元件電耦合至一主動感測器；運用該讀出元件量測該主動感測器之一第一讀出電壓；將該讀出元件與該主動感測器電解耦合；將一校準電流電耦合至該讀出元件；運用該讀出元件量測由該校準電流導致之一第二讀出電壓；及基於(1)該第一讀出電壓及(2)該第二讀出電壓來運算輸出，該輸出與該主動感測器之一讀出電流成比例。
在一些實施例中，方法進一步包含：將複數個主動感測器之一各自主動感測器電耦合至複數個讀出元件之一讀出元件；運用該各自讀出元件量測該各自主動感測器之一第一讀出電壓；將該各自讀出元件與該各自主動感測器電解耦合；將校準電流電耦合至該各自讀出元件；運用該各自讀出元件量測由該各自讀出元件上之該校準電流導致之一第二讀出電壓；及基於(1)該各自主動感測器之該第一讀出電壓及(2)由該校準電流導致之該第二讀出電壓來運算與該各自主動感測器之一讀出電流成比例之一輸出。
在一些實施例中，方法進一步包含，在運算第一輸出之後：將校準電流源與讀出元件電解耦合；將讀出元件電耦合至一第二主動感測器，該第二主動感測器屬於與第一主動感測器相同之一行；運用該讀出元件量測該第二主動感測器之一第三讀出電壓；及基於(1)該第三讀出電壓及(2)由該校準電流導致之第二讀出電壓來運算與該第二主動感測器之一讀出電流成比例之一第二輸出。
在一些實施例中，由校準電流導致之相同行上之第二讀出電壓之連續量測之間之時間係一校準週期。
在一些實施例中，校準週期係1秒。
在一些實施例中，校準週期基於讀出元件之漂移。
在一些實施例中，在第二讀出電壓之連續量測期間讀出不同列。
在一些實施例中，方法進一步包含：將讀出元件與第一校準電流源電解耦合；將該讀出元件電耦合至一第二校準電流源；及用該讀出元件量測由該讀出元件上之該第二校準電流導致之一第三讀出電壓，輸出進一步基於由該第二校準電流導致之該第三讀出電壓。
在一些實施例中，讀出元件包含一ADC。
在一些實施例中，方法進一步包含：閉合一快門；運算對應於一閉合快門之輸出；及運算在(1)對應於一敞開快門之輸出與(2)對應於閉合快門之輸出之間之與由一感測器影像導致之主動感測器之一阻抗差成比例的一差。
在一些實施例中，主動感測器係曝露於一熱場景之一輻射熱計。
在一些實施例中，方法進一步包含：將讀出元件與校準電流源電解耦合；將一第二讀出元件電耦合至該校準電流源；用該第二讀出元件量測由校準電流導致之一第三讀出電壓；將該第二讀出元件與該校準電流源電解耦合；將一校準感測器之一第一端子電耦合至由複數個主動感測器及該主動感測器共用之一偏壓電壓節點；將該校準感測器之一第二端子電耦合至該第二讀出元件；將該複數個主動感測器及該主動感測器曝露於一感測器影像；使該校準感測器對感測器影像屏蔽；用該第二讀出元件量測該校準感測器之一第四讀出電壓；基於該第三讀出電壓及該第四讀出電壓來運算一第二輸出；及運算(1)第一輸出與(2)第二輸出之間之一差，該差藉由該校準感測器之一阻抗與該主動感測器之一阻抗之間之一比率加權。
本發明之實例係關於克服本文中識別之缺點(例如，功率挑戰、面積挑戰)之感測器電路及方法。在一些實施例中，感測器電路包含複數個感測器像素、一積分三角 ADC、及複數個開關。在一些實施例中，感測器電路包含感測器行，且同時讀出一感測器行之不同部分。
在一些實施例中，一種感測器電路包含：複數個感測器像素，其等各經組態以儲存一電荷；一積分三角 ADC，其經組態以接收各感測器之電荷；及複數個開關，其等經組態以將該複數個感測器像素之各者循序地耦合至該積分三角 ADC，各開關對應於該複數個感測器像素之一各自者。
在一些實施例中，感測器電路不包含電定位在複數個感測器像素與積分三角 ADC之間的一CTIA。
在一些實施例中，感測器電路進一步包含電定位在複數個感測器與積分三角 ADC之間的一可變電阻器，其中複數個開關經組態以將複數個感測器像素之各者循序地耦合至該可變電阻器。
在一些實施例中，可變電阻器在一放電時間窗期間具有一線性減小電阻；可變電阻器在放電時間窗結束時處於一最低電阻；且可變電阻器在放電時間窗開始與結束之間具有比最低電阻更高之一電阻。
在一些實施例中，可變電阻器係一MOS電晶體；且用電耦合至MOS電晶體之一控制電壓來控制MOS電晶體之初始電阻、線性減小電阻及最低電阻。
在一些實施例中，放電時間窗在10微秒與1毫秒之間。
在一些實施例中，在第一放電時間窗期間，一第一開關電耦合一第一感測器像素及積分三角 ADC；在一第二放電時間窗期間，一第二開關電耦合一第二感測器像素及積分三角 ADC；且第一放電時間窗及第二放電時間窗對應於第一感測器像素及第二感測器像素之讀出時間。
在一些實施例中，在放電時間窗期間，可變電阻器之一恆定電流係可變電阻器之一初始電壓除以初始電阻。
在一些實施例中，一開關在一各自放電時間窗期間電耦合一各自感測器像素及可變電阻器，放電時間窗等於感測器像素之一電容乘以可變電阻器之一初始電阻。
在一些實施例中，可變電阻器包含一加權電阻器庫；該加權電阻器庫包含選擇性地並聯或串聯電耦合的複數個電阻器；且選擇性電耦合電阻器之組合之電阻包含一放電時間窗開始時之一初始電阻、一線性減小電阻、及一最低電阻。
在一些實施例中，一感測器像素包含一x射線感測器光二極體且電荷指示x射線感測器光二極體曝露於x射線。
在一些實施例中，一感測器像素包含儲存電荷的一儲存電容器且感測器像素曝露於x射線產生儲存於儲存電容器中之電荷。
在一些實施例中，感測器電路進一步包含第二複數個感測器像素及一第二積分三角 ADC，其中該第二複數個感測器像素經組態以循序地耦合至該第二積分三角 ADC且第一複數個感測器像素及該第二複數個感測器像素屬於一相同行。
在一些實施例中，第一複數個感測器像素及第二複數個感測器像素之數目相等。
在一些實施例中，在一第一列時間，同時讀出第一複數個感測器像素之一第一感測器像素及第二複數個感測器像素之一第二感測器像素。
在一些實施例中，積分三角 ADC之一輸入電流係恆定的。
在一些實施例中，感測器電路進一步包含經組態以從積分三角 ADC接收一信號的一數位濾波器。
一些實施例包含一種製造上文電路之方法。
在一些實施例中，一感測器電路包含複數個感測器像素、一積分三角 ADC、及複數個開關，各開關對應於該複數個感測器像素之一各自者；該感測器電路之一讀出方法包含：將各自電荷儲存於該複數個感測器像素之各者中；使用該複數個開關將該複數個感測器像素之各者循序地電耦合至該積分三角 ADC；及在該積分三角 ADC處循序地接收各感測器像素之各自電荷。
在一些實施例中，感測器電路不包含電定位在複數個感測器像素與積分三角 ADC之間的一CTIA且各感測器像素之各自電荷未由CTIA接收。
在一些實施例中，感測器電路進一步包含電定位在複數個感測器像素與積分三角 ADC之間的一可變電阻器且方法進一步包含使用複數個開關將複數個感測器像素之各者循序地電耦合至積分三角 ADC進一步包含使用複數個開關將複數個感測器像素之各者循序地電耦合至可變電阻器。
在一些實施例中，方法進一步包含在一放電時間窗期間線性地減小可變電阻器之一電阻，其中：該可變電阻器在該放電時間窗結束時處於一最低電阻；且該可變電阻器在該放電時間窗開始與結束之間具有比該最低電阻更高之一電阻。
在一些實施例中，可變電阻器係電耦合至一控制電壓之一MOS電晶體且線性地減小可變電阻器之電阻進一步包含用控制電壓來驅動MOS電晶體以產生初始電阻、線性減小電阻及最低電阻。
在一些實施例中，放電時間窗在10微秒與1毫秒之間。
在一些實施例中，使用複數個開關將複數個感測器像素之各者循序地電耦合至積分三角 ADC進一步包含：在第一放電時間窗期間，將一第一開關電耦合至一第一感測器像素及積分三角 ADC；在一第二放電時間窗期間，將一第二開關電耦合至一第二感測器像素及該積分三角 ADC，其中該第一放電時間窗及該第二放電時間窗對應於該第一感測器像素及該第二感測器像素之讀出時間。
在一些實施例中，在放電時間窗期間，可變電阻器之一恆定電流係可變電阻器之一初始電壓除以初始電阻。
在一些實施例中，使用複數個開關將複數個感測器像素之各者循序地電耦合至積分三角 ADC進一步包含在一各自放電時間窗期間將一開關電耦合至一各自感測器像素及可變電阻器；且放電時間窗等於感測器像素之一電容乘以可變電阻器之一初始電阻。
在一些實施例中，可變電阻器包含一加權電阻器庫；該加權電阻器庫包含選擇性地並聯或串聯電耦合的複數個電阻器；且方法進一步包含藉由選擇性地電耦合電阻器而將複數個電阻器之組合之電阻從一放電時間窗開始時之一初始電阻線性地減小至該放電時間窗結束時之一最低電阻。
在一些實施例中，一感測器像素包含一x射線感測器光二極體且電荷指示x射線感測器光二極體曝露於x射線。
在一些實施例中，將各自電荷儲存於複數個感測器像素之各者中進一步包含：將該複數個感測器像素之各者曝露於x射線且產生該各自電荷；及將各自電荷儲存於該複數個感測器像素之各者之一儲存電容器中。
在一些實施例中，感測器電路進一步包含屬於與第一複數個感測器像素相同之一行的第二複數個感測器像素、第二複數個開關、及一第二積分三角 ADC，方法進一步包含：使用該第二複數個開關將複數個感測器像素之各者循序地電耦合至該第二積分三角 ADC；及在該第二積分三角 ADC處循序地接收該第二複數個感測器像素之各感測器像素之各自電荷。
在一些實施例中，第一複數個感測器像素及第二複數個感測器像素之數目相等。
在一些實施例中，在一第一列時間：第一積分三角 ADC接收第一複數個感測器像素之一第一感測器像素之一第一各自電荷；且第二積分三角 ADC接收第二複數個感測器像素之一第二感測器像素之一第二各自電荷。
在一些實施例中，積分三角 ADC接收一恆定電流。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2018年4月17日申請之美國臨時申請案第62/659,048號、2018年11月7日申請之美國臨時申請案第62/757,078號及2019年3月15日申請之美國臨時申請案第62/819,376號之權利，該等案之全部揭示內容出於全部目的以引用的方式併入本文中。
在實施例之以下描述中，參考形成其之一部分之隨附圖式，且其中藉由圖解展示可實踐之特定實施例。應瞭解，可使用其他實施例且可在不脫離所揭示實施例之範疇之情況下作出結構改變。
本發明之實例係關於克服本文中識別之缺點之MEMS感測器讀出電路及方法。在一些實施例中，感測器讀出電路包含一參考感測器、一主動感測器、電流源、一電壓驅動器、及一讀出元件。在一些實施例中，方法包含：提供一電流至一參考感測器；產生電耦合至一主動感測器之一共模追蹤偏壓電壓；及量測一讀出元件處之一電流變化。
作為一例示性優勢，所揭示之電路及方法在無額外電路之成本及複雜性之情況下減少共模效應。本文中呈現之電路可有效且緊密地追蹤感測器陣列中之共模變化。因此，可改良經量測熱影像信號之精確度，且可在無額外補償組件之情況下減少隨後類比轉數位轉換器(ADC)之輸入範圍要求。藉由追蹤共模變化，可改良一偏差電壓、速度及精確度，此係因為行電壓標稱上可處於固定電壓且不受行寄生元件影響。
圖1圖解說明根據一實施例之一感測器讀出電路100。感測器讀出電路100包含一讀出元件102、一第一電流源104、一第二電流源106、一電壓驅動器108、一參考感測器110、及一主動感測器112。一些實施例包含製造感測器讀出電路100之一方法。
讀出元件包含一輸入103。電壓驅動器包含一輸出109。參考感測器110包含一第一端子110a及一第二端子110b；第一端子110a電耦合至第一電流源104且第二端子110b電耦合至電壓驅動器108之輸出109。主動感測器112包含一第一端子112a及一第二端子112b；第一端子112a電耦合至第二電流源106及讀出元件102之輸入103；且第二端子112b電耦合至電壓驅動器108之輸出109。主動感測器112經組態以曝露於一感測器影像。
在一些實施例中，一電壓隨耦器(未展示)可電耦合在輸出109與第二端子112b之間。一電壓隨耦器可有利地緩衝輸出109處之電壓使之免受電容性負載之影響。
如圖1中例示，簡化拓撲需要一個電壓驅動器，其提供一偏壓電壓。在未添加電路以減少非所要共模效應之情況下，該拓撲可在不增加複雜性、大小及成本、引入更多寄生效應及未知數、消耗更多功率以及添加雜訊引發組件之情況下減少非所要共同效應。
在一些實施例中，參考感測器110對感測器影像屏蔽。參考感測器110可曝露於參考感測器及主動感測器共有之一環境條件。舉例而言，參考感測器係曝露於環境溫度但未曝露於一熱場景之一參考或盲測輻射熱計像素，且主動感測器係一主動輻射熱計像素，其曝露於環境溫度及熱場景兩者。通常，感測器包含兩個端子且可在該兩個端子之間具有取決於一感測器影像之一可變阻抗值。儘管本發明中使用電阻器及可變電阻器符號來表示感測器，然應瞭解，感測器性質及組件不限於兩個端子之間之電阻元件。
儘管使用術語「輻射熱計」來例示所揭示之感測器，然應瞭解，術語「輻射熱計」不限於一單一像素或一單一裝置。一輻射熱計可係經組態以回應於所曝露輻射而改變一輸出特性的任何元件。在一些實例中，一輻射熱計可係一或多個像素。在其他實例中，一輻射熱計可係一或多個裝置。儘管使用術語「輻射熱計像素」來例示所揭示之感測器，然應瞭解，所揭示之感測器可在不脫離本發明之範疇之情況下包含一個以上輻射熱計像素。
在一些實施例中，參考感測器110在輸出109處產生一可調整偏壓電壓，其追蹤環境條件及自加熱兩者。在此等實例中，與其他讀出電路之恆定電壓模式相比，讀出電路在一恆定電流模式中操作。換言之，由第一電流源104提供之一第一電流係恆定的。由於其他分支未連接在第一電流源與參考感測器之間，故穿過參考感測器之電流亦恆定在第一電流之值。
由於參考感測器曝露於環境條件，故參考感測器之阻抗根據反映曝露環境條件之一值穩定化。儘管感測器之阻抗實質上固定在一穩定狀態，然應瞭解，參考感測器之阻抗可根據環境條件改變。歸因於第一電流及參考感測器阻抗，在第一端子110a與第二端子110b之間產生一電壓降。歸因於電壓降，藉由第一端子110a處之電壓與跨兩個端子之電壓降之間之差產生第二端子110b處之電壓。
藉由輸出109處之電壓驅動器108驅動第二端子110b處之電壓。在一實施例中，電壓驅動器108可實質上充當一理想電壓源。換言之，電壓驅動器108可在輸出109處提供(或吸收)必要電流以維持第二端子110b處之所產生電壓。
圖解說明電壓驅動器108之符號僅用於闡釋性目的。一般技術人員應明白，可利用不同方法及電路來驅動第二端子110b處之電壓。儘管闡釋性電壓驅動器108之一輸入展示為浮動的，然應瞭解，該輸入僅係代表性的且可連接至讀出電路之一適合元件以維持輸出電壓。
第二端子110b處之電壓係重要的，此係因為其反映藉由參考感測器110觀察之共模效應，諸如自加熱及環境條件。藉由驅動主動感測器112之第二端子112b且使其在此電壓下偏壓，已有效地補償共模效應(其可不利地減小隨後級之動態範圍)，此係因為偏壓電壓反映共模條件。
在一些實施例中，對稱地建構感測器讀出電路100。換言之，主動感測器112實質上與參考感測器110相同，且第二電流源106可提供實質上與第一電流源104相同之電流。
在一些實施例中，第一電流源及第二電流源經組態以在相對於各自第一端子之一相同方向上輸出相等量值之電流。在一實例中，由第一電流源及第二電流源提供之電流可流動朝向一參考電位120。在一些實施例中，參考電位120處於一參考電壓。在另一實施例中，參考電位120係一接地。
在一些實例中，讀出元件102之輸入103可具有一低輸入電阻，諸如一電荷放大器之一輸入。在此等實例中，若參考感測器及主動感測器曝露於實質上相同條件，且第一電流源及第二電流源提供實質上相同電流，則電流不會進入或離開輸入103，此係因為穿過主動感測器112之電流將與由第二電流源106提供之電流相同。此條件之一實例係在曝露之感測器影像係環境條件本身時。
相反地，若參考感測器及主動感測器曝露於不同條件(即，曝露之感測器影像不同於環境條件)，則一電流將進入或離開輸入103，此係因為主動感測器112之阻抗不同於參考感測器110之阻抗，且提供之電流之值在曝露之後保持相同。在讀出元件102中捕獲並量測進入或離開輸入103之電流或總電荷。
由於已由偏壓電壓補償諸如自加熱及環境條件之共模效應，故經量測電流或電荷獨立於此等共模分量。因此，可減小隨後級之動態範圍。
由於經量測電流或電荷獨立於非所要共模分量，故此等共模分量並非量測之部分。作為一例示性優勢，所揭示之電路及方法在無額外電路之成本及複雜性之情況下移除共模效應。本文中呈現之電路有效且緊密地追蹤感測器陣列中之共模變化。因此，可改良經量測熱影像信號之精確度且可在無額外補償組件之情況下減少隨後ADC之輸入範圍要求。
此外，所揭示之讀出電路及方法可容忍電路元件之較大變動。舉例而言，由於移除共模效應，故可省略電晶體及電阻組件之熱相依性。
利用此機制，可量測一主動感測器陣列。基於捕獲或量測之電流或電荷，可運算一感測器影像。隨後在本發明中論述執行量測及運算之例示性方法及電路。
在一實施例中，主動感測器係曝露於一熱場景之主動輻射熱計像素，且參考感測器係曝露於環境溫度而非曝露於熱場景之盲測或參考輻射熱計像素。在一些實施例中，主動輻射熱計像素曝露於LWIR輻射。參考輻射熱計像素判定補償共模效應之一偏壓電壓。回應於熱場景之變化，主動輻射熱計像素之阻抗可改變且量測或捕獲電流之所得變化以判定與熱場景相關聯之熱影像。經量測電流補償共模效應。
在一些實施例中，由電流源104及106提供之第一電流及第二電流係恆定的。舉例而言，電流源係無熱的。電流之值實質上未受溫度之影響。額外地或替代地，電流源可實質上充當一理想電流源。舉例而言，由電流源提供之電流之一值固定，而無關於對應電流源之一輸出電壓。如本文中使用，「恆定電流」意謂獨立於其他參數(例如，溫度、一電流源之輸出電壓、驅動負載、驅動速度)之一電流。一般技術人員將理解，「恆定電流」並非始終需要一相同值。舉例而言，電流可在一讀出時間期間具有一第一固定值且在一非讀出週期(例如，校準、休眠、低功率、斷電)期間具有一第二固定值。在另一實例中，電流可在一第一讀出時間期間具有一第三固定值且在一第二讀出時間期間具有一第四固定值。
在一些實施例中，一第一電流緩衝器經耦合在參考感測器與第一電流源之間且一第二電流緩衝器經耦合在主動感測器與讀出元件之輸入之間。在一些實施例中，電流緩衝器將輸入節點(例如，讀出元件之輸入、電壓驅動器之一輸入)處之非所要效應自由參考感測器及主動感測器產生之信號屏蔽。舉例而言，非所要電流可注入至輸入節點中且調變此等節點處之電壓。電流緩衝器防止信號電流受非所要注入電流影響。
儘管在本發明中使用電流源符號來圖解說明電流源，然應瞭解，電流源可係可提供一恆定及/或無熱電流之任一或多個電路元件。在一些實施例中，第一電流源及第二電流源係一無熱電壓源及電阻器、一高阻抗無熱電晶體電流源、及一威爾森電流鏡之一或多者。
作為一例示性優勢，由於可使用恆定及無熱電流源來提供讀出電路之電流，故與感測器相比，電流源之輸出阻抗可為高的。因此，電路之效率增大，此係因為更多信號電流進入讀出元件，而非由藉由參考感測器及主動感測器形成之一電阻分壓器劃分。
在一些實施例中，讀出電路經電耦合至一校準電路。校準電路包含一或多個校準電流源、一或多個第四參考感測器、及一校準讀出元件。一或多個校準電流源經組態以提供一或多個校準電流至電耦合之主動感測器及參考感測器行及校準讀出元件。在一些實施例中，校準電流源係固定電流源。一或多個第四參考感測器經電耦合至偏壓電壓及校準讀出元件。在一些實施例中，校準讀出元件係一校準ADC。在一些實施例中，一或多個第四參考之各者實體上大於讀出電路之一參考感測器且具有與讀出電路之一參考感測器相同之一阻抗。與讀出電路之一參考感測器相比，實體上較大第四參考感測器之雜訊較小。
在一些實施例中，讀出元件係一ADC；一ADC與一行主動或參考感測器相關聯。在一校準模式中校準諸如ADC之增益失配、雜訊及/或偏移之非理想性。在一些實例中，非理想性導致非所要固定型樣，從而使感測器影像失真。在校準模式中，在各列之讀出期間，一些或全部電壓驅動器及讀出元件輸入分別與讀出電路之參考感測器及主動感測器電解耦合。一或多個校準電流經電耦合至與讀出電路之參考感測器及主動感測器及校準讀出元件電解耦合之電壓驅動器及讀出元件輸入。在各列之讀出期間，可自電耦合至一或多個校準電流之讀出元件輸入之一或多個量測值減去校準讀出元件之一量測值。在一些實施例中，一或多個校準電流針對各列讀出週期電耦合至一或多個不同讀出元件輸入。
儘管本發明中使用「電耦合」及「耦合」來描述讀出電路之兩個元件之間之電連接，然應瞭解，電連接不一定需要耦合在一起之組件之端子之間之直接連接。所述組件之不同組合及連接可在不脫離本發明之範疇之情況下達成一恆定電流及可調整偏壓電壓讀出電路。舉例而言，電繞線連接在電耦合在一起之組件之端子之間。在另一實例中，一閉合(傳導)開關經連接在耦合在一起之組件之端子之間。在又另一實例中，額外元件連接在耦合在一起之組件之端子之間而不影響電路之恆定電流特性。舉例而言，可在不影響讀出電路之特性且不脫離本發明之範疇之情況下添加緩衝器、放大器及被動電路元件。
在一些實施例中，兩個電耦合組件可拓撲耦合。如本文中使用，若兩個組件在一拓撲結構或一拓撲結構之一相同部分內對彼此提供一電氣影響，則該兩個組件係「拓撲耦合」。舉例而言，所揭示讀出電路之參考感測器及第一電流源經電耦合在讀出電路之一相同參考分支上。
類似地，儘管本發明中使用「電解耦合」來描述讀出電路之兩個元件之間之電斷開連接，然應瞭解，電斷開連接不一定需要在切換之組件之端子之間實體上斷開。亦應瞭解，「解耦合」不限於意謂防止兩個元件之間之電能傳送。舉例而言，高阻抗元件經連接在解耦合之組件之端子之間。在另一實例中，一斷開(不傳導)開關經連接在解耦合之組件之端子之間，從而有效地使組件解耦合。
圖中使用之箭頭係用於闡釋性目的。應瞭解，電流流動之方向不限於圖式上指示之方向。為了描述，使用諸如「進入」及「離開」之術語來描述電流流動。一般技術人員將認知，電流流動之方向或電壓之極性不限於描述或圖解說明之方向或極性。在一些實施例中，藉由電流方向及電流穿過之組件之有效阻抗判定電壓極性。在其他實施例中，藉由電壓極性及電流穿過之組件之有效阻抗判定電流方向。在又其他實施例中，藉由電流源判定電流方向且藉由電壓源判定電壓極性。
圖2圖解說明根據一實施例之感測器讀出之一方法200。方法200包含提供一第一電流至一參考感測器之一第一端子(步驟202)。舉例而言，參考圖1，一第一電流源104可提供一第一電流至參考感測器110之第一端子110a。
方法200包含從第一電流產生參考感測器之一第二端子處之一電壓(步驟204)。舉例而言，歸因於第一電流及參考感測器之阻抗，產生跨參考感測器110之一電壓降及第二端子110b處之一電壓。
方法200包含提供一第二電流至主動感測器之一第一端子(步驟206)。舉例而言，一第二電流源106可提供一第二電流至主動感測器112之第一端子112a。
在一些實施例中，第一電流及第二電流係恆定的。在一些實施例中，第一電流源及第二電流源經組態以在相對於各自第一端子之一相同方向上輸出相等量值之電流。舉例而言，由第一電流源104及第二電流源106提供之電流可流動朝向一參考電位120。在一些實施例中，參考電位120係藉由一電壓源驅動之一參考電壓。在另一實施例中，參考電位120係一接地。
在一些實施例中，從一無熱電壓源及電阻器、一高阻抗無熱電晶體電流源、及一威爾森電流鏡之群組選擇第一電流源及第二電流源。
方法200包含在電壓下驅動一主動感測器之一第二端子(步驟208)。舉例而言，參考感測器110之第二端子110b經電耦合至主動感測器112之第二端子112b，且藉由輸出109處之電壓驅動器108驅動此節點處之電壓。在一些實施例中，電壓係主動感測器之一偏壓電壓。舉例而言，如先前描述，偏壓電壓反映共模效應。藉由使主動感測器在電壓下偏壓，可補償此等共模效應。
在一些實施例中，一電壓隨耦器可電耦合在輸出109與第二端子112b之間。一電壓隨耦器可有利地緩衝輸出109處之電壓使之免受電容性負載之影響。
方法200包含將主動感測器曝露於一感測器影像(步驟210)。舉例而言，將主動感測器112曝露於一感測器影像。在一些實施例中，將主動感測器曝露於感測器影像進一步包含改變主動感測器之一阻抗。舉例而言，主動感測器係一主動輻射熱計像素。將主動輻射熱計像素曝露於一熱場景。主動輻射熱計像素之阻抗可回應於曝露於熱場景而改變。在一些實施例中，將主動感測器曝露於感測器影像包含將主動感測器曝露於LWIR輻射。
方法200包含量測自主動感測器之第一端子至一讀出元件之一輸入之一第三電流(步驟212)。舉例而言，量測進入或離開讀出元件102之輸入103之一電流。
在一些實施例中，將主動感測器曝露於感測器影像進一步包含改變第三電流。舉例而言，主動感測器係一主動輻射熱計像素。將主動輻射熱計像素曝露於一熱場景。回應於曝露於熱場景，進入或離開讀出元件102之輸入103之一電流可改變。
在一些實施例中，方法200進一步包含：將參考感測器曝露於參考感測器及主動感測器共有之一環境條件；及使參考感測器對感測器影像屏蔽。在一個實例中，感測器係一輻射熱計像素且共同條件係自加熱及環境溫度。使參考輻射熱計像素曝露於共同條件，但自熱場景屏蔽。
在方法200之一些實施例中，參考感測器係一參考輻射熱計像素且主動感測器係一主動輻射熱計像素。在一實施例中，主動感測器係曝露於一熱場景之一主動輻射熱計像素，且參考感測器係曝露於環境溫度而非曝露於熱場景之一盲測或參考輻射熱計像素。參考輻射熱計像素可判定補償共模效應之一偏壓電壓。回應於熱場景之變化，主動輻射熱計像素之阻抗可改變且量測或捕獲電流之所得變化以判定與熱場景相關聯之熱影像。經量測電流補償共模效應。
在一些實施例中，一第一電流緩衝器經耦合在參考感測器與第一電流源之間且一第二電流緩衝器經耦合在主動感測器與讀出元件之輸入之間。在一些實施例中，電流緩衝器將輸入節點(例如，讀出元件之輸入、電壓驅動器之一輸入)處之非所要效應自由參考感測器及主動感測器產生之信號屏蔽。舉例而言，非所要電流可注入至輸入節點中且調變此等節點處之電壓。電流緩衝器防止信號電流受非所要注入電流影響。
圖3圖解說明根據一實施例之一感測器讀出電路。讀出電路300包含實質上類似於圖1中描述之組件的組件。圖3中之相似組件被給予與圖1中之對應組件相似之元件符號(舉例而言，讀出元件102及讀出元件302)。為了簡潔起見，未關於圖3再次描述彼等相似組件。一些實施例包含製造讀出電路300之一方法。
電路300進一步包含一第二參考感測器320、一第二主動感測器322、一第一開關330、一第二開關332、一第三開關334、一第四開關336、及一電壓隨耦器318。第二參考感測器320包含一第一端子320a及一第二端子320b；第一端子320a經電耦合至第一電流源304且第二端子320b經電耦合至電壓驅動器308之輸出309。第二主動感測器322包含一第一端子322a及一第二端子322b；第一端子322a經電耦合至輸出第二電流之第二電流源306且第二端子322b經電耦合至電壓隨耦器318。第二主動感測器322經組態以改變自第一端子322a至讀出元件302之輸入303之電流。
一電壓隨耦器318經電耦合在輸出309與主動感測器312之第二端子312b之間。在一些實施例中，電壓隨耦器318充當一電壓緩衝器。電壓隨耦器318可減小電壓驅動器308之輸出負載。在一些實施例中，一主動行包含一個以上主動感測器(下文中論述之此組態)。在一些實施例中，將偏壓電壓驅動至一個以上主動行。主動偏壓電壓節點處之負載(例如，電容性負載)隨著行之大小及/或驅動之行之數目增加而增加。電壓隨耦器318可維持電壓驅動器308之大小及一所要主動偏壓電壓回應。
儘管一電壓隨耦器318被圖解說明為電耦合在電壓驅動器308與主動感測器312之間，然應瞭解，在不脫離本發明之範疇之情況下，讀出電路300可不包含電壓隨耦器(例如，電壓驅動器308經電耦合至兩個第二端子310b及312b，從而提供主動偏壓電壓)或包含一個以上電壓隨耦器(例如，多級電壓緩衝器、平行電壓隨耦器)。
圖解說明電壓隨耦器318之符號僅用於闡釋性目的。一般技術人員應明白，可利用不同方法及電路來驅動第二端子312b處之電壓。
第一開關330經組態以選擇性地將參考感測器310電耦合至第一電流源304。第二開關332經組態以選擇性地將主動感測器312電耦合至第二電流源306。第三開關334經組態以選擇性地將第二參考感測器320電耦合至第一電流源304。第四開關經組態以選擇性地將第二主動感測器322電耦合至第二電流源306。開關可係可選擇性地電耦合電路元件之任何適合組件。舉例而言，開關係電晶體。開關可電耦合至基於一讀出方案閉合適當開關的一控制器。
電路300可經組態用於包含兩個或更多個列之一感測器陣列之讀出操作。舉例而言，參考感測器310及主動感測器312與感測器陣列之一第一列相關聯，且第二參考感測器320及第二主動感測器322與感測器陣列之一第二列相關聯。在陣列之讀出期間，選擇第一列以進行讀出。當選擇第一列以進行讀出時，第一開關330及第二開關332閉合(傳導)，從而分別將參考感測器310耦合至第一電流源304且將主動感測器312耦合至第二電流源306。在此時間期間，第三開關334及第四開關336斷開(不傳導)，從而保持第二參考感測器及主動感測器與其等各自電流源電解耦合。
當第一列轉變至第二列以進行讀出時，第一開關330及第二開關332斷開(不傳導)，從而分別將參考感測器310與第一電流源304電解耦合，且將主動感測器312與第二電流源306電解耦合。在此時間期間，第三開關334及第四開關336閉合(傳導)，從而分別將第二參考感測器320電耦合至第一電流源304且將第二主動感測器322電耦合至第二電流源306。
本發明中描述之機制可導致一電流進入或離開讀出元件302之輸入303。相應地，隨後可處理當前選定主動感測器之讀出資料。可針對隨後列重複此程序，直至已掃描整個感測器陣列或直至已掃描預期列。
儘管描述針對一主動感測器行之列間讀出操作，然應瞭解，操作不限於一個行。可使用一或多行參考感測器來針對一或多行主動感測器依序或同時執行操作。
亦應瞭解，儘管如圖解說明般組態開關，然開關可在不脫離本發明之範疇之情況下以不同方式適合地連接。
舉例而言，在一些實施例中，額外開關經電耦合在第二端子與電壓隨耦器或偏壓電壓節點之間。在一些實施例中，一電壓隨耦器可由電耦合在第二端子與電壓驅動器之間之額外開關補充或替換。當額外開關耦合在第二端子與電壓驅動器之間時，一或多個主動感測器之第二端子並非電路中之相同節點(具有或不具有電壓隨耦器)。在此等實施例中，一選定列之一各自額外開關閉合(傳導)，而非選定列之其他額外開關斷開(不傳導)。在此等實施例中，減小選定主動感測器之第二端子處之負載，此係因為有效地移除非選定主動感測器之第二端子之負載。此等實施例在同時驅動來自多個行之選定主動感測器且來自多個行之選定主動感測器之第二端子處之負載影響電路回應的情況下特別有益。
在一些實施例中，電壓驅動器308係一運算放大器。運算放大器308之輸出309經電耦合至參考感測器之第二端子。運算放大器之負輸入可電耦合至參考感測器之第一端子。
選定參考感測器及運算放大器可形成一反相放大器。放大器可將一偏壓電壓輸出至參考感測器之第二端子。輸出偏壓電壓可實質上與本發明中之別處描述之偏壓電壓相同。參考感測器之第一端子電耦合至放大器之一負輸入。由於第一電流源304提供第一電流至第一端子，故產生跨負輸入及輸出之一電壓降，且藉由放大器基於電壓降驅動一適當偏壓電壓。一參考電壓可電耦合至運算放大器之正端子。舉例而言，參考電壓係一恆定電壓或一接地電壓。
一回饋元件338經電耦合至參考感測器之第一端子及第二端子。換言之，回饋元件可為運算放大器308提供一額外負回饋路徑。在一實施例中，回饋元件係一電容器。在另一實施例中，回饋元件係實質上類似於參考感測器之一感測器。回饋元件338可在列轉變期間使電壓驅動器之回饋迴路保持閉合，因此防止電壓驅動器308在一開放迴路情境下晃動(railing)或飽和。電容器可適當地定大小使得輸出309處之電壓將係下一列之讀出開始時之所要電壓。一般技術人員將認知，可在不脫離本發明之範疇之情況下使用其他適合回饋元件。
在一些實施例中，一第一電流緩衝器經耦合在參考感測器與第一電流源之間且一第二電流緩衝器經耦合在主動感測器與讀出元件之輸入之間。在一些實施例中，電流緩衝器將輸入節點(例如，讀出元件之輸入、電壓驅動器308之負端子)處之非所要效應自由參考感測器及主動感測器產生之信號屏蔽。舉例而言，非所要電流可注入至輸入節點中且調變此等節點處之電壓。電流緩衝器防止信號電流受非所要注入電流影響。
圖4圖解說明根據一實施例之一感測器讀出方法400。在一些實施例中，結合方法200使用方法400。在一些實施例中，使用本發明中描述之讀出電路來執行方法400。方法400包含提供一第四電流至一第二參考感測器之一第一端子(步驟402)。舉例而言，參考圖3，一第一電流源304可提供一第四電流至第二參考感測器320之第一端子320a。在一些實施例中，第一電流及第四電流具有相同量值。
方法400可進一步包含：將提供第一電流之第一電流源與參考感測器電解耦合；及將提供第四電流之第一電流源耦合至第二參考感測器。舉例而言，第一開關330可斷開(不傳導)，從而將參考感測器310與第一電流源304電解耦合。第二開關332可閉合(傳導)，從而將第二參考感測器320耦合至第一電流源304。
方法400包含從第四電流產生第二參考感測器之一第二端子處之一第二電壓(步驟404)。舉例而言，歸因於第四電流及第二參考感測器320之阻抗，產生跨第二參考感測器320之一電壓降及第二端子320b處之一電壓。
方法400包含提供一第五電流至一第二主動感測器之一第一端子(步驟406)。舉例而言，一第二電流源306可提供一第五電流至第二主動感測器322之第一端子322a。在一些實施例中，第二電流及第五電流可具有相同值。
方法400可進一步包含：將提供第二電流之一第二電流源與主動感測器電解耦合；及將提供第五電流之第二電流源耦合至第二主動感測器。舉例而言，第三開關334可斷開(不傳導)，從而將主動感測器312與第二電流源306電解耦合。第四開關336可閉合(傳導)，從而將第二主動感測器322耦合至第二電流源306。
在一些實施例中，第四電流及第五電流係恆定的。在一些實施例中，第一電流源及第二電流源經組態以在相對於各自第一端子之一相同方向上輸出相等量值之電流。舉例而言，由第一電流源304及第二電流源306提供之電流可流動朝向一參考電位321。在一些實施例中，參考電位321係藉由一電壓源驅動之一參考電壓。在另一實施例中，參考電位321係一接地。
在一些實施例中，從一無熱電壓源及電阻器、一高阻抗無熱電晶體電流源、及一威爾森電流鏡之群組選擇第一電流源及第二電流源。
作為一例示性優勢，由於可使用恆定及無熱電流源來提供讀出電路之電流，故與感測器相比，電流源之輸出阻抗可為高的。因此，電路之效率增大，此係因為更多信號電流進入讀出元件，而非由藉由參考感測器及主動感測器形成之一電阻分壓器劃分。
方法400包含在第二電壓下驅動第二主動感測器之一第二端子(步驟408)。舉例而言，第二參考感測器320之第二端子320b經電耦合至第二主動感測器322之第二端子322b，且藉由輸出309處之電壓驅動器308驅動此節點處之第二電壓。在一些實施例中，第二電壓係第二主動感測器之一偏壓電壓。舉例而言，如先前描述，偏壓電壓反映共模效應。藉由使第二主動感測器在電壓下偏壓，可補償此等共模效應。
在一些實施例中，藉由一運算放大器驅動第二電壓，且參考感測器之第一端子經電耦合至運算放大器之一負輸入。在一些實施例中，方法進一步包含使用一回饋元件從參考感測器之第二端子回饋至參考感測器之第一端子。
在一些實例中，第四電流導致跨第二參考感測器之一電壓降；用輸出至第二參考感測器之第二端子之一放大器產生第二電壓；且第二參考感測器之第一端子經電耦合至放大器之一負端子。
方法400包含將第二主動感測器曝露於感測器影像(步驟410)。舉例而言，將第二主動感測器322曝露於一感測器影像。在一些實施例中，將第二主動感測器曝露於感測器影像進一步包含改變第二主動感測器之一阻抗。舉例而言，第二主動感測器係一第二主動輻射熱計像素。將第二主動輻射熱計像素曝露於一熱場景。第二主動輻射熱計像素之阻抗可回應於曝露於熱場景而改變。在一些實施例中，將第二主動感測器曝露於感測器影像包含將第二主動感測器曝露於LWIR輻射。
方法400包含量測自第二主動感測器之第一端子至一讀出元件之輸入之一第六電流(步驟412)。舉例而言，量測進入或離開讀出元件302之輸入303之一電流。在一些實施例中，由本發明中描述之機制導致第六電流。
相應地，隨後可處理當前選定主動感測器之讀出資料。可針對隨後列重複此程序，直至已掃描整個感測器陣列或直至已掃描預期感測器。
儘管描述針對一主動感測器行之列間讀出操作，然應瞭解，操作不限於一個行。可使用一個以上參考感測器行來針對一個以上主動感測器行依序或同時執行操作。
圖5圖解說明根據一實施例之一感測器讀出電路。讀出電路500包含實質上類似於圖1及圖3中描述之組件的組件。圖5中之相似組件被給予與圖1及圖3中之對應組件相似之元件符號。為了簡潔起見，未關於圖5再次描述彼等相似組件。在一些實施例中，結合本發明中之別處描述之讀出電路利用電路500之組件。一些實施例包含製造讀出電路500之一方法。
電路500進一步包含可實質上類似於本發明中描述之讀出元件之一讀出元件之一級530。在一些實施例中，讀出元件之級係一CTIA。在一些實施例中，由於參考感測器與主動感測器分支之間之對稱構造，故在參考感測器510及主動感測器512具有相同阻抗時(舉例而言，在感測器兩者僅曝露於環境條件時)輸入503處之電壓可理想地等於正端子534之電壓。在一些實施例中，正端子534處之電壓係一參考電壓。在一些實施例中，正端子534處之電壓係一接地電壓。
第一電流緩衝器550經耦合在參考感測器與第一電流源504之間。一第二電流緩衝器552經耦合在主動感測器與輸入503之間。在一些實施例中，電流緩衝器將輸入節點(例如，輸入503、電壓驅動器508之負端子)處之回饋之效應自由參考感測器及主動感測器產生之信號屏蔽。舉例而言，非所要電流可注入至輸入節點中且調變此等節點處之電壓。電流緩衝器防止信號電流受非所要注入電流影響。
儘管各針對參考分支及主動分支圖解說明一電流緩衝器，然應瞭解，在不脫離本發明之範疇之情況下，讀出電路可不包含電流緩衝器(例如，電流源經電耦合至參考感測器及主動感測器)或包含一個以上電流緩衝器(例如，平行電流緩衝器、各分支之一電流緩衝器)。
圖解說明電流緩衝器550及552之符號僅用於闡釋性目的。符號不一定意味僅使用驅動器或放大器來執行電流緩衝。一般技術人員應明白，可利用不同方法及電路來緩衝感測器與電流源之間之電流。
在一些實施例中，CTIA之輸出處之電壓在一感測器之讀出期間與參考感測器與主動感測器之間之一阻抗差成比例。舉例而言，CTIA之輸出536處之電壓係V，CTIA之輸入503處之電壓係V n，CTIA之輸入處之一有效電容係C p，CTIA之開放迴路增益係A，CTIA之回饋電容器可具有C CTIA之一值，參考感測器510之阻抗係Z ref，主動感測器512之阻抗係Z active，主動感測器512之偏壓電壓(即，第二端子512b處之電壓)係V bias，第一電流源504可提供I 1之一電流，第二電流源506可提供I 2之一電流，且參考電位521處之一電壓係V ref。可使用以下方程式來計算V：
上文變量之極性僅表示為求解電路參數。應瞭解，電路中之電流可沿任何方向且電路中之電壓可呈任何極性。
組合以上方程式，V可被隔離：
項ξ係一增益係數：
CTIA實際上可係一理想積分器。換言之，與增益係數中之其他變量相比，開放迴路可係實質上大的。在此等情況中，變量A實際上可接近無窮大。在一些實例中，開放迴路增益A大於20。因而，可近似計算增益係數：
CTIA之有效積分電容係：
CTIA之有效積分電阻係：
假定CTIA實際上係一理想積分器：
因此，CTIA具有一積分時間：
由於CTIA實際上可係一理想積分器，故針對V導出以下關係：
參考感測器510及主動感測器512在結構上相同。換言之，兩個感測器在曝露於相同條件時可具有相同阻抗。因此，可進一步簡化V：
其中Δ Z係參考感測器與主動感測器之間之一阻抗差。由於項I 1及ξ在讀出時間期間實際上係恆定的，故V與Δ Z成比例，而獨立於任何其他參數。
使用本發明中描述之讀出電路，可僅基於參考感測器與主動感測器之間之一阻抗差來運算一感測器影像，而獨立於任何其他參數。應注意，除從量測移除共模效應以外，所揭示之恆定電流讀出電路及方法亦產生上文展示之簡潔結果。
從上文推導，吾人可見，所揭示之電路及方法之一例示性優勢係讀出電路之一輸出電壓可實質上與一參考感測器及一主動感測器之一阻抗差成比例。作為在一恆定電流模式中讀出之一結果，可進行上文推導中之一些近似計算及取消；可基於比例關係簡單地運算感測器影像。在一些實例中，簡單比例關係允許更容易地運算感測器影像。因此，需要較少處理。在其他實例中，簡單比例關係包含較少變化且未知元素(在方程式中及在電路上)。因此，感測器影像更精確。
儘管使用術語比例來描述一輸出電壓與一感測器阻抗差之間之關係，然應瞭解，術語「比例」不限於一精確線性關係。在不脫離本發明之範疇之情況下，可使用術語「比例」來描述兩個量之間之一近似線性關係。亦可使用術語「比例」來描述相差比例因數之兩個量之間之一關係。
儘管用以上假定進行以上近似計算，然應瞭解，以上變量可在電路中滿足假定時接近其等近似值。出於計算之目的，可在方程式中替換近似值，而無任何非預期結果。
電路500可具有一額外負載。可藉由級530之輸入503處之電容器540表示額外負載。應瞭解，代表性電容器540係闡釋性的而非電耦合至接地之一實際電容器或電容組件。在一些實施例中，代表性電容器540係輸入503節點處之一有效電容，其表示電路之非理想電容(例如，感測器負載電容、電流源電容、失配、佈線電容、寄生效應)。
為移除非所要額外負載，讀出電路可包含一CDS電路。在一些實施例中，包含CDS電路作為CTIA之部分。為移除額外負載，在讀出一選定感測器之前，判定由額外負載導致之對電路之影響。舉例而言，對由有效代表性額外負載(例如，電容540)導致之有效電荷進行取樣。在讀出選定感測器之前取消額外負載之影響。
在一些實施例中，額外非理想性可包含由讀出電路之元件(未象徵性地表示)導致之電壓及電流非理想性。在一些實施例中，CDS電路移除額外非理想性以及電路中之非理想電容之影響。
感測器讀出之一方法可包含將輸入至讀出元件之一電流轉換成讀出元件之一讀出電壓。舉例而言，一CTIA可將電流轉換成讀出元件之一讀出電壓。在一些實施例中，CTIA之一輸出處之一電壓與參考感測器與主動感測器之間之一阻抗差成比例。
讀出電路可進一步包含一CDS電路。CDS電路可移除讀出電路中之一偏移。在一些實施例中，包含CDS電路作為CTIA之部分。
在一些實施例中，方法進一步包含：判定由讀出元件之輸入產生之一偏移；及在量測至讀出元件之輸入之電流之前取消偏移。
在一些實施例中，電路可包含諸如由讀出電路之元件(未象徵性地表示)導致之電壓及電流非理想性的額外非理想性。在一些實施例中，CDS電路移除額外非理想性以及電路中之偏移。
圖6圖解說明根據一實施例之一感測器讀出電路。讀出電路600可包含實質上類似於圖1、圖3及圖5中描述之組件的組件。為了簡潔起見，未關於圖6再次描述彼等相似組件。在一些實施例中，結合本發明中之別處描述之讀出電路利用電路600之組件。一些實施例包含製造讀出電路600之一方法。
在一些實施例中，讀出電路600包含一第三參考感測器630及一第三電流源608。第三參考感測器630包含電耦合至一電壓驅動器(未展示)之一第一端子630a及一第二端子630b。第三電流源608經電耦合至第三參考感測器630之第一端子630a，且經組態以輸出反映由第三參考感測器630產生之自加熱之一第七電流。由第二電流源606提供之第二電流之值根據第七電流調整。在一實例中，第二電流源實質上類似於本發明中描述之第二電流，且第三參考感測器係一參考或盲測輻射熱計像素。
在一實施例中，由一受控電流源提供第七電流。使用回饋迴路616來控制受控電流源，回饋迴路616追蹤第三參考感測器630之第一端子630a處之電壓及因此其自加熱。對於一當前選定列之感測器，第七電流可歸因於第三參考感測器630之經追蹤自加熱而改變，其反映主動感測器所經歷之自加熱。第一端子630a處之電壓藉由呈一負回饋組態之回饋迴路616之運算放大器保持恆定。運算放大器之輸出電壓更新以追蹤電流歸因於自加熱之變化。第七電流經鏡像至第二電流源606，第二電流源606電耦合至主動感測器612以補償選定主動感測器之自加熱。
僅展示一負回饋放大器用於例示性目的。應瞭解，其他組件及方法可在不脫離本發明之範疇之情況下追蹤並控制電流606及608。儘管未展示一電壓驅動器以驅動偏壓電壓，然應瞭解，一電壓驅動器可跨參考感測器電耦合以驅動偏壓電壓，如本發明中描述。儘管圖解說明一個參考行及一個主動行，然應瞭解，一或多個參考行可追蹤自加熱且一或多個主動行可補償自加熱。
圖7圖解說明根據一實施例之電流調整之一方法700。舉例而言，提供至一主動輻射熱計像素之一電流藉由追蹤一盲測輻射熱計像素而補償自加熱。
方法700包含：提供一第七電流至一第三參考感測器之一第一端子(步驟702)，該第七電流反映由該第三參考感測器產生之自加熱；及根據該第七電流調整第二電流之一值(步驟704)。可使用讀出電路600或其他適合自加熱補償組件來達成方法700。舉例而言，第七電流由第三電流源608提供且由回饋迴路616追蹤。追蹤電流經鏡像至提供至一主動感測器之一電流(例如，由第二電流源606提供之電流)。
替代地，在一實施例中，跨參考感測器之電壓保持恆定。換言之，第三參考感測器630未曝露於環境條件且電壓驅動器未與第三參考感測器630並聯地電耦合。在此實施例中，第三參考感測器不產生偏壓電壓且調整平均偏壓電流以追蹤環境變化。然而，必需產生一偏壓電壓且相對於環境條件調整偏壓電流以便在像素回應中維持一恆定增益。
圖8圖解說明根據一實施例之一感測器偏壓電路。讀出電路800可包含實質上類似於圖1、圖3、圖5及圖6中描述之組件的組件。為了簡潔起見，未關於圖8再次描述彼等相似組件。在一些實施例中，結合本發明中之別處描述之讀出電路利用電路800之組件。一些實施例包含製造電路800之一方法。
感測器偏壓電路800單獨地追蹤環境條件且獨立於所描述之自加熱補償組件。電路800包含一參考感測器840、一電流源810、及一電壓驅動器808。舉例而言，參考感測器802係一熱短路(盲測或參考)輻射熱計像素。在一些實施例中，電流源810及電壓驅動器808實質上與本發明中描述之第一電流源及電壓驅動器相同。以與本發明中描述實質上相同之一方式產生追蹤環境條件之偏壓電壓。偏壓電壓輸出809經電耦合至本發明中描述之讀出電路之偏壓電壓節點以產生主動感測器偏壓電流。
藉由將環境條件追蹤與自加熱補償分離，可達成較快速自加熱補償。藉由調整各各自行處之電流鏡，而非使用一全域放大器來驅動偏壓電壓節點處之一相對較大負載，補償回應可較快。由於電路尺寸較不受偏壓電壓節點處之負載限制，故較大範圍之像素陣列大小可與相同周邊電路相容。換言之，讀出電路可更加可擴縮。儘管圖中圖解說明一個電壓驅動器及一個偏壓電路，然應瞭解，可使用圖解說明組件之一或多者來形成一或多個感測器偏壓電路。
在一些實施例中，一電壓隨耦器以類似於本文中描述之電壓隨耦器之一方式電耦合在偏壓電壓節點與一或多個主動感測器之第二端子之間。在一些實施例中，電壓隨耦器充當一電壓緩衝器。電壓隨耦器可減小電壓驅動器808之輸出負載。在一些實施例中，一主動行包含一個以上主動感測器。在一些實施例中，將偏壓電壓驅動至一個以上主動行。主動偏壓電壓節點處之負載(例如，電容性負載)隨著行之大小及/或所驅動之行之數目增加而增加。電壓隨耦器可維持電壓驅動器808之大小及一所要主動偏壓電壓回應。
圖9圖解說明根據一實施例之一感測器讀出系統。感測器讀出系統900包含感測器讀出電路902及ADC 904。感測器讀出電路902可係本發明中描述之一讀出電路。感測器讀出電路902可電耦合至ADC 904。一些實施例包含製造電路900之方一法。
在一些實施例中，ADC可對自主動感測器之第一端子至讀出元件之輸入之一電流或電荷進行取樣，如本發明中描述。在一些實施例中，ADC 904包含一或多個積分三角 ADC。在一些實例中，ADC之一第一級係一CTIA。在此等實例中，有利地共用讀出電路與ADC之間之共同組件(例如，CTIA)，從而最佳化系統面積及功率。
在一些實施例中，感測器讀出之一方法包含對由至讀出元件之輸入之電流或電荷產生之一電壓取樣。舉例而言，讀出元件可包含一積分三角 ADC，且由一CTIA產生取樣之電壓。在一些實施例中，一第一電流緩衝器經耦合在參考感測器與一第一電流源之間。一第二電流緩衝器經耦合在主動感測器與積分三角 ADC之一輸入之間。在一些實施例中，電流緩衝器將輸入節點(例如，積分三角 ADC之輸入)處之回饋之效應自由參考感測器及主動感測器產生之信號屏蔽。舉例而言，非所要電流可注入至輸入節點中且調變此等節點處之電壓。電流緩衝器降低非所要注入電流對信號電流之影響。
CTIA之輸入電流係由曝露於一熱場景之一主動輻射熱計像素產生之一差。在一些實例中，CTIA係積分三角 ADC之一第一級。
本發明之實例係關於克服本文中識別之缺點之MEMS感測器校準電路及方法。在一些實施例中，感測器校準電路包含一校準感測器及一校準讀出元件。在一些實施例中，感測器校準電路包含一校準電流源。在一些實施例中，一快門包含在感測器校準電路內。
在一些實施例中，方法包含量測校準感測器之一電壓及基於經量測校準感測器電壓來運算一校準讀出電壓。在一些實施例中，方法包含量測電耦合至校準電流源之一讀出元件之一讀出電壓及基於讀出電壓來運算一輸出。在一些實施例中，方法包含在快門閉合時及在快門敞開時量測讀出電壓及運算讀出電壓之間之一差。
作為一例示性優勢，所揭示之電路及方法以減少成本移除雜訊。本文中呈現之電路有效且緊密地移除感測器陣列中之雜訊。因此，可改良經量測感測器影像之清晰度。
圖10圖解說明根據一實施例之一感測器讀出電路1000。感測器讀出電路1000包含讀出元件1002a及1002b、電流源1004a至1004c、一電壓驅動器1006、參考感測器1008a及1008b、主動感測器1010a至1010d、及開關1016a至1016h。一些實施例包含製造感測器讀出電路1000之一方法。
在一些實施例中，感測器讀出電路1000之元件對應於感測器讀出電路100之元件。在一些實施例中，讀出元件1002a對應於讀出元件102，電流源1004a對應於第二電流源106，電流源1004c對應於第一電流源104，電壓驅動器1006對應於電壓驅動器108，參考感測器1008a對應於參考感測器110，且主動感測器1010a對應於主動感測器112。
如圖10中例示，拓撲使用一個電壓驅動器，其提供一偏壓電壓。在未添加電路以減少非所要共模效應之情況下，該拓撲可在不增加複雜性、大小及成本、引入更多寄生效應及未知數、消耗更多功率以及添加雜訊引發組件之情況下減少非所要共同效應。
在一些實施例中，參考感測器1008a及1008b對感測器影像屏蔽且主動感測器1010a至1010d曝露於感測器影像。參考感測器可曝露於參考感測器及主動感測器共有之一環境條件。舉例而言，參考感測器係曝露於環境溫度但未曝露於一熱場景之一參考或盲測輻射熱計像素，且主動感測器係一主動輻射熱計像素，其曝露於環境溫度及熱場景兩者。通常，感測器包含兩個端子且可在該兩個端子之間具有取決於一感測器影像之一可變阻抗值。儘管本發明中使用區塊符號來表示感測器，然應瞭解，所描述之感測器性質及組件係例示性的。
在一些實施例中，在感測器讀出期間，循序地讀出各列。舉例而言，在一第一列讀出時間，藉由開啟對應列之開關(例如，開關1016a至1016d)之一電壓驅動列控制件1014a同時藉由關閉對應列之開關(例如，開關1016e至1016h)之一電壓驅動列控制件1014b。在一第二列讀出時間，藉由開啟對應列之開關(例如，開關1016e至1016h)之一電壓驅動列控制件1014b同時藉由關閉對應列之開關(例如，開關1016a至1016d)之一電壓驅動列控制件1014a。當開啟一對應列之開關時，對應列之主動感測器及參考感測器經電耦合至偏壓電壓節點1012及對應電流源，而其他列之感測器與偏壓電壓節點1012及對應電流源電解耦合。應瞭解，所描述之讀出操作係例示性的。
在一些實施例中，一選定參考感測器在偏壓電壓節點1012處產生一可調整偏壓電壓，其追蹤環境條件及自加熱兩者。在此等實例中，讀出電路在一恆定電流模式中操作。由於其他分支未電耦合在電流源1004c與選定參考感測器之間，故通過選定參考感測器之電流係恆定的。
由於參考感測器曝露於環境條件，故參考感測器之阻抗穩定化至反映環境條件之一值。儘管感測器之阻抗可實質上固定在一穩定狀態，然應瞭解，參考感測器之阻抗可根據環境條件改變。歸因於電流及參考感測器阻抗，跨參考感測器產生一電壓降。藉由電壓降指定偏壓電壓節點1012處之電壓。
藉由電壓驅動器1006驅動偏壓電壓節點1012處之電壓。在一實施例中，電壓驅動器1006可實質上充當一理想電壓源。換言之，電壓驅動器1006可提供(或吸收)必要電流以維持偏壓電壓節點1012處之所產生電壓。
圖解說明電壓驅動器1006之符號僅用於闡釋性目的。一般技術人員應明白，可利用不同方法及電路來驅動偏壓電壓。
偏壓電壓可係重要的，此係因為其反映藉由參考感測器觀察之共模效應，諸如自加熱及環境條件。因而，選定主動感測器在偏壓電壓下偏壓，且已有效地補償共模效應(其可不利地減小隨後級之動態範圍)，此係因為偏壓電壓反映共模條件。
在一些實施例中，一主動感測器實質上與一參考感測器相同，且電流源1004a至1004c提供實質上相同電流。
在一些實例中，讀出元件可具有一低輸入電阻，諸如一電荷放大器之一輸入。在此等實例中，若參考感測器及主動感測器曝露於實質上相同條件，且電流源提供實質上相同電流，則電流不會進入或離開讀出元件之輸入，此係因為穿過一各自選定主動感測器之電流將與由一各自電流源提供之電流相同。此條件之一實例係在曝露之感測器影像係環境條件本身時。
相反地，若參考感測器及主動感測器曝露於不同條件(即，曝露之感測器影像不同於環境條件)，則一電流將進入或離開讀出元件之輸入，此係因為一各自選定主動感測器之阻抗不同於一選定參考感測器之阻抗，且提供之電流之值在曝露之後保持相同。捕獲並量測進入或離開一各自讀出元件之電流或總電荷。
由於已由偏壓電壓補償諸如自加熱及環境條件之共模效應，故經量測電流或電荷獨立於此等共模分量。因此，可減小隨後級之動態範圍。由於經量測電流或電荷獨立於非所要共模分量，故此等共模分量並非量測之部分。
在一些實施例中，感測器定位於一玻璃基板上。在一些實施例中，玻璃基板包含用作感測器陣列之開關(例如，開關1016a至1016h)的複數個TFT。在一些實施例中，在遠離陣列之一或多個晶片上實施陣列外之非感測器及非切換元件(例如，讀出元件、電壓驅動器、電流源)。
儘管圖10將感測器讀出電路圖解說明為具有一2×2主動感測器陣列、兩個參考感測器及其他所描述元件，然應瞭解，所揭示之感測器讀出電路係例示性的。
儘管經量測電流或電荷獨立於共模效應，然其可易受雜訊之影響，此影響感測器影像量測之精確度及感測器影像之清晰度。作為一實例，輻射熱計雜訊可為壓倒性的且熱影像可歸因於雜訊而失真。一輻射熱計陣列中之雜訊可包含非圖案化雜訊及圖案化雜訊。非圖案化雜訊之實例包含像素中之1/f雜訊、熱雜訊及程序相依雜訊。圖案化雜訊之實例包含列間圖案及行間圖案。
圖11圖解說明根據本發明之實例之一感測器校準電路。在一實施例中，感測器校準電路1100包含一校準感測器1102、一校準讀出元件1104、及一電流源1106。在一些實施例中，校準讀出元件1104實質上與讀出元件1002a或1002b之一者相同。在一些實施例中，電流源1106實質上與電流源1004a、1004b或1004c之一者相同。一些實施例包含製造感測器校準電路1100之一方法。
校準感測器1102可包含兩個端子：電耦合至感測器讀出電路1110之偏壓電壓節點1108之一第一端子及電耦合至校準讀出元件1104及電流源1106之一第二端子。
舉例而言，感測器讀出電路1110實質上與感測器讀出電路1000相同。可由感測器讀出電路1110之主動感測器共用偏壓電壓節點1108。在一些實施例中，校準感測器對曝露於感測器讀出電路1110之主動感測器元件之一感測器影像屏蔽。
作為另一實例，感測器讀出電路1110係量測一熱影像之一輻射熱計讀出電路；該輻射熱計讀出電路包含輻射熱計之一全陣列及相關聯列及行讀出電路。在此實例中，電耦合至輻射熱計讀出電路之校準感測器係一校準輻射熱計。
感測器讀出電路1000僅係例示性的。應瞭解，感測器讀出電路1110可在不脫離本發明之範疇之情況下具有不同組態及組件。
在一些實施例中，校準感測器1102之阻抗實質上與感測器讀出電路1110中之一主動感測器之標稱阻抗相同。換言之，兩個感測器之阻抗比係1。在一些實施例中，阻抗比與溫度無關。在一些實施例中，一感測器之標稱阻抗係在該感測器未曝露於一感測器影像時該感測器之阻抗。在一些實例中，主動感測器之標稱阻抗在10千歐姆至100兆歐姆之範圍中。
在一些實施例中，校準感測器1102具有比感測器讀出電路1110中之一主動感測器 (例如，主動感測器1010a至1010d之一者)之一電載子計數更高的一電載子計數。作為一實例，若校準感測器具有大於主動感測器之一量之導電材料，則校準感測器具有比主動感測器之電載子計數更高的一電載子計數。
舉例而言，當校準感測器及主動感測器具有相同縱橫比(例如，兩者皆係正方形)但校準感測器之實體尺寸大於主動感測器之實體尺寸時，校準感測器及主動感測器可具有相同阻抗而校準感測器具有一較高電載子計數。在一些實施例中，藉由一個以上感測器形成校準感測器；感測器經串聯及並聯連接以達成實質上與主動感測器相同之總阻抗。由於校準感測器具有一較高電載子計數，故校準感測器與一主動感測器相比具有較少1/f雜訊。
在一些實施例中，校準感測器及主動感測器由具有一相同電阻溫度係數(TCR)之材料製造。在一些實施例中，校準感測器及主動感測器由非晶矽、氧化釩、鉑、鈦、氧化鈦、氧化鎢及鉬之一或多者產生。在一些實例中，校準感測器及主動感測器由一實質上相同材料製造。
在一些實施例中，校準讀出元件係一類比轉數位轉換器(ADC)。舉例而言，校準讀出元件係實質上與電耦合至一行主動感測器之一ADC相同的一ADC。
在一些實施例中，使用感測器校準電路1100來校準主動感測器之量測中之雜訊。明確言之，使用感測器校準電路1100來校準針對列間圖案雜訊之量測，列間圖案雜訊係隨列變化之雜訊。
在一例示性感測器校準中，在讀出時間期間，用各自讀出元件來量測選定主動感測器(例如，一選定列之感測器)之讀出電壓及校準感測器之讀出電壓。如描述，由藉由主動感測器曝露於一感測器影像導致之電流產生選定主動感測器之讀出電壓。在一些實施例中，校準感測器之讀出電壓由在校準感測器之第一端子與第二端子之間穿過之一電流產生且由校準讀出元件1104進行量測。從電流源1106產生電流。
在量測選定主動感測器之讀出電壓及校準感測器之讀出電壓之後，在量測第i列時可針對一第j行運算一經校準讀出電壓： 索引(i,j)與選定感測器之一特定主動感測器相關聯。舉例而言，選擇第i列之感測器以讀出且選定感測器之各者對應於第j行。儘管使用索引(i,j)來描述一例示性感測器，然應瞭解，可使用下標來描述任何主動感測器。
量A cal,ij係與感測器(i,j)曝露於一感測器影像相關聯之經校準讀出電壓。量A s,ij係第j行之一各自讀出元件處之感測器(i,j)之(非校準)讀出電壓。量A iM係在用與第i列之參考感測器相關聯之一偏壓電壓(例如，與第i列之共模條件相關聯之偏壓電壓)驅動偏壓電壓節點時校準感測器之讀出電壓。Z M係校準感測器之阻抗，且Z sij係感測器(i,j)之標稱阻抗(例如，在對感測器影像屏蔽時)。在一些實施例中，兩個阻抗實質上相等，故因數(Z M/Z sij)係1。
藉由包含諸如校準感測器之阻抗及其讀出電壓之簡單參數，方程式(14)從主動感測器讀出電壓移除非所要列間圖案雜訊，諸如偏壓電壓中之雜訊。包含校準感測器、一相關聯讀出元件及一相關聯電流源對於導出無列間圖案雜訊之一量測而言可係重要的。在無此等元件及方程式(14)之情況下，可能無法直接量測偏壓電壓且可能無法正確地捕獲偏壓電壓雜訊之效應，此係因為歸因於像素自加熱，偏壓電壓係ADC轉換時間期間之一時變電壓。由於可針對各列移除非所要偏壓電壓效應，故可消除校準撇取電流源之需求，從而降低讀出電路之複雜性。
例示性感測器校準展示可如何用校準感測器來校準讀出期間之一選定列感測器，從而移除非所要列間圖案雜訊，諸如偏壓電壓雜訊。在一些實施例中，在讀出期間針對其他選定列重複所描述方法。舉例而言，在用電耦合至第一列之一參考感測器(例如，參考感測器1008a) (即，與第一列之共模條件相關聯之偏壓電壓)之校準感測器來校準一選定第一列感測器之後，取消選擇第一列感測器且選擇一第二列感測器以進行讀出。用校準感測器來校準選定第二列感測器，該第二列現電耦合至第二列之一參考感測器(例如，參考感測器1008b) (即，與第二列之共模條件相關聯之偏壓電壓)。可以與描述類似之一方式移除列間圖案雜訊，諸如與第二列相關聯之偏壓電壓雜訊。
雖然在讀出期間可校準一個以上感測器列且在讀出期間可校準每一感測器列，但校準對於一整個感測器陣列而言可能並非必需的。舉例而言，可用校準感測器來校準全部列之一子集。校準感測器之校準頻率可取決於系統或環境之雜訊特性。
圖12圖解說明根據本發明之實例之感測器校準之一方法1200。方法1200包含將一校準感測器之一第一端子電耦合至由複數個主動感測器共用之一偏壓電壓節點(步驟1202)。舉例而言，參考圖11，校準感測器1102經電耦合至偏壓電壓節點1108。
方法1200包含將校準感測器之一第二端子電耦合至一校準讀出元件(步驟1204)。舉例而言，參考圖11，校準感測器1102電耦合至校準讀出元件1104。
方法1200包含將複數個主動感測器曝露於一感測器影像(步驟1206)。舉例而言，參考圖11，感測器讀出電路1110中之複數個主動感測器曝露於一感測器影像。
方法1200包含使校準感測器對感測器影像屏蔽(步驟1208)。舉例而言，參考圖11，使校準感測器1102對感測器影像屏蔽。
方法1200包含用一讀出元件來量測複數個主動感測器之一主動感測器之一讀出電壓(步驟1210)。舉例而言，參考圖11，量測感測器(i,j)之非校準讀出電壓A sij。
方法1200包含用校準讀出元件來量測校準感測器之一讀出電壓(步驟1212)。舉例而言，參考圖11，量測校準讀出元件1104之讀出電壓。
方法1200包含運算一經校準電壓(步驟1214)。舉例而言，將經校準電壓運算為(1)主動感測器之讀出電壓與(2)校準感測器之讀出電壓之間之一差，該差藉由校準感測器之一阻抗與主動感測器之一阻抗之間之一比率加權。舉例而言，參考圖11及方程式(14)，基於經量測量及感測器阻抗來運算量A cal,ij。
在一些實施例中，校準感測器之阻抗與主動感測器之阻抗相同，且校準感測器之一電載子計數大於主動感測器之一電載子計數。在一些實施例中，比率係1。在一些實施例中，比率與溫度無關。
在一些實施例中，校準感測器及主動感測器係由具有一相同TCR之材料製成。
在一些實施例中，方法1200包含：將複數個電流源之一電流源電耦合至校準感測器之第二端子及校準讀出元件；將複數個主動感測器行之一行電耦合至讀出元件，該主動感測器行包含主動感測器；及將該複數個電流源之一第二電流源電耦合至該讀出元件。舉例而言，參考圖10及圖11，電流源1106經電耦合至校準讀出元件1104，一主動感測器行經電耦合至感測器讀出電路1000中之一讀出元件，且一電流源經電耦合至感測器讀出電路1000中之一讀出元件。
在一些實施例中，方法1200包含：閉合一快門；運用讀出元件量測對應於閉合快門之一第一讀出電壓；及運用校準讀出元件量測對應於閉合快門之一第二讀出電壓；及在運算經校準電壓之後，運算(1)經校準電壓與(2a)第一讀出電壓與(2b)第二讀出電壓之間由比率加權之一差之間的一第二差，其中該第二差係一快門校準電壓。下文將參考方程式(22)及(23)來描述此等實施例之實例。
在一些實施例中，校準讀出元件包含一ADC。在一些實施例中，讀出元件包含一ADC。
在一些實施例中，複數個主動感測器及校準感測器係輻射熱計，且感測器影像係一熱影像。
圖13圖解說明根據本發明之實例之一感測器校準電路。在一實施例中，感測器校準電路1300包含校準電流源1302a及1302b及開關1304a至1304f。一些實施例包含製造感測器校準電路1300之一方法。
感測器校準電路1300經電耦合至感測器讀出電路1310，感測器讀出電路1310包含區段1310a及1310b。在一些實例中，感測器讀出電路1310係感測器讀出電路1000。
開關1304c及1304d與主動感測器之一第一行1312a相關聯。開關1304e及1304f與不同於第一行之主動感測器之一第二行1312b相關聯。開關1304c及1304e可將校準電流源及行之一讀出元件電耦合或電解耦合。開關1304d及1304f可將其等各自行之主動感測器及行之一讀出元件(例如，讀出元件1002a及1002b)電耦合或電解耦合。在一些實施例中，讀出元件係一ADC。
應瞭解，感測器讀出電路1000僅係例示性的且任何數目個行及任何數目個開關可將校準電流源或主動感測器及主動感測器行電耦合或解耦合。儘管感測器行象徵性地包含於表示感測器讀出電路1310之一方塊中且在代表性方塊外部象徵性地圖解說明感測器校準電路1300，然應瞭解，術語「行」不一定配置成一直線。在一些實施例中，一行感測器與一個讀出元件相關聯。在不脫離本發明之範疇之情況下，一行感測器可呈任何形狀或形式。
開關1304a及1304b可分別電耦合電流源1302a及1304b以及被校準之一行。在一實施例中，開關1302a及1304b一次將電流源之一者及感測器行電耦合。
儘管使用電晶體符號直觀地表示開關，然應瞭解，在不脫離本發明之範疇之情況下可存在切換之其他實施方案。
儘管圖13將感測器校準電路1300圖解說明為具有兩個電流源及兩個相關聯開關，然應瞭解，在不脫離本發明之範疇之情況下可存在任何數目個校準電流源及相關聯開關。在另一實施例中，感測器校準電路1300具有一個校準電流源及一個相關聯開關。
在一例示性感測器校準中，一第一行處於校準模式；第一行之一讀出元件經電耦合至校準電流源之一第一校準電流源。
舉例而言，第一行1312a處於校準中同時正讀出一第一列感測器。開關1304c閉合(傳導)且開關1304d斷開(不傳導)。校準電流源(例如，透過開關1304a之校準電流源1302a或透過開關1304b之校準電流源1302b)之一第一校準電流經電耦合至第一行之讀出元件(例如，讀出元件1002a)。
當第一行處於校準中時，未處於校準中之行處於讀出模式。讀出模式中之行之讀出元件經電耦合至各自行之選定主動感測器。
舉例而言，第二行1312b處於讀出模式同時正讀出第一列感測器。開關1304e斷開(不傳導)且開關1304f閉合(傳導)。當前選定主動感測器(例如，主動感測器1010b)經電耦合至行之讀出元件(例如，讀出元件1002b)。
量測行(即，讀出模式中之行及校準中之行)之讀出電壓。由第一校準電流導致之讀出電壓(例如，電耦合至校準電流源1302a或校準電流源1302b之行之讀出電壓、讀出元件1002a之讀出電壓)可表示為A 1j(t)。
在第一列之讀出期間，在一第二時間，第一行可能仍處於校準中，且其他行可能仍處於讀出模式。此時，第一行之讀出元件與第一校準電流源電解耦合且電耦合至校準電流源之一第二電流源。
舉例而言，在此第二時間，第一行1312a處於校準模式同時正讀出一第一列感測器。開關1304c閉合(傳導)，且開關1304d斷開(不傳導)。校準電流源(例如，透過開關1304b之校準電流源1302b或透過開關1304a之校準電流源1302a)之一第二校準電流源經電耦合至第一行之讀出元件(例如，讀出元件1002a)。由第二校準電流(例如，來自校準電流源1302a或校準電流源1302b)導致之讀出電壓可表示為A 2j(t)。在一些實施例中，由於已知第一校準電流及第二校準電流之值，故值A 1j(t)及A 2j(t)捕獲各自讀出元件(例如，讀出元件1002a)之漂移。
運用A 1j(t)及A 2j(t)之量測，可校準經校準行中之任何主動感測器之讀出電壓。主動感測器之讀出電壓可表示為A sij(t)，其中量測與第i列及第j行相關聯之一主動感測器。
在此特定實例中，在此特定時間期間，由於經校準行之選定主動感測器(例如，主動感測器1010a)未電耦合至讀出元件，故未量測此感測器之當前讀出電壓(例如，與主動感測器1010a相關聯之讀出電壓)。在一些實施例中，將A sij之一先前值或基於鄰近感測器之一內插值用於A sij(t)。
在其他實施例中，甚至在校準一行時量測一當前讀出電壓A sij(t)；校準電流源與讀出元件電解耦合且主動感測器經電耦合至讀出元件，其中量測主動感測器之當前讀出電壓。
運用項A sij(t)、A 1j(t)及A 2j(t)之量測，在量測第i列時可針對一行j th運算一輸出D sij(t)： 其中量D sij(t)係與進入一行j之讀出元件中之電流(例如，由感測器影像導致之電流，如描述)成線性的一項。由於方程式(15)說明讀出元件中之漂移，故項獨立於諸如ADC增益、偏移、撇取電流及惟I(t)除外之任何時變量之效應，I(t)係進入一各自讀出元件中之電流。在一些實施例中，量D sij(t)係一穩定化數位輸出，其係一讀出元件(例如，一ADC)之一輸出之一穩定化版本。 其中： I 1係第一校準電流。I 2係第二校準電流。
在一些實施例中，由於已校準行，故在隨後列讀出(例如，選擇第二列以進行讀出)中，使用量A 1j(t)及A 2j(t)來運算對應於讀出之行之隨後列的隨後輸出，直至再次校準行(即，更新A 1j(t)及A 2j(t))。
舉例而言，選擇一第二列(例如，主動感測器1010c至1010d)以進行讀出且不再校準第一行(此係因為已量測對應於第一行之量A 1j(t)及A 2j(t))。在此實例中，第一行1312a處於讀出模式同時正讀出第二列感測器。開關1304c斷開(不傳導)，且開關1304d閉合(傳導)。當前選定主動感測器(例如，主動感測器1010c)經電耦合至行之讀出元件(例如，讀出元件1002a)。因而，在第二列讀出時間期間，項A sij(t)係主動感測器1010c之讀出電壓。運用項A sij(t)、A 1j(t)及A 2j(t)之量測，可針對第一行及第二列之主動感測器運算一輸出D sij(t)。通常，在已量測量A 1j(t)及A 2j(t)之後，可在讀出一各自感測器時使用方程式(15)針對行之任何主動感測器運算輸出D sij(t)。
藉由包含校準電流源且量測行之讀出電壓，運算一輸出D sij(t)。量D sij(t)可與主動感測器電流(即，由感測器影像導致之電流)成線性比例，而無任何其他時變或行相依雜訊參數。方程式(15)移除非所要行間圖案雜訊，諸如撇取電流、ADC增益與ADC偏移之間之失配。另外，在讀出主動感測器時可移除此等非所要雜訊。換言之，關於圖4描述之組態可允許並行執行校準及讀出。因此，在此組態下，可能無需專用校準時間(即，在執行校準時未讀出)且在一給定時間量期間可讀出更多列，從而改良讀出電路之效能及精確度。
包含校準電流(例如，校準電流源1302a及1302b)及相關聯開關(例如，開關1304a、1304b、1304c及1304e)可用於在同時執行讀出時導出可無行間圖案雜訊之一量(例如，輸出)。在無此等元件及方程式(15)之情況下，可在感測器影像上反映諸如撇取電流失配、ADC增益失配及ADC偏移失配之行相依雜訊，從而使感測器影像之清晰度失真，或將需要專用校準時間來移除此等雜訊，從而使讀出電路之效能降級。
在一些實施例中，使用一個校準電流源(例如，校準電流源1302a或1302b)而非兩個校準電流源進行校準。在此等實施例中，僅執行與第一校準電流源相關聯之步驟(即，運用一個校準電流源，未執行與一列讀出時間之第二時間相關聯之步驟)。舉例而言，當一行運用一個校準電流源進行校準時，該行之一讀出元件僅電耦合至校準電流源之一者。
舉例而言，第一行1312a處於校準模式同時正讀出一第一列感測器。開關1304c閉合(傳導)，且開關1304d斷開(不傳導)。校準電流源(例如，透過開關1304a之校準電流源1302a或透過開關1304b之校準電流源1302b)之一第一校準電流經電耦合至第一行之讀出元件(例如，讀出元件1002a)。
當行處於校準中時，未處於校準模式之行處於讀出模式。處於讀出模式之行之讀出元件經電耦合至各自行之選定主動感測器。
舉例而言，第二行1312b處於讀出模式同時正讀出第一列感測器。開關1304e斷開(不傳導)，且開關1304f閉合(傳導)。當前選定主動感測器(例如，主動感測器1010b或1010d)經電耦合至行之讀出元件(例如，讀出元件1002b)。
在此時間期間，量測行(即，處於讀出模式之行及處於校準中之行)之讀出電壓。由校準電流導致之讀出電壓(例如，電耦合至校準電流源1302a或校準電流源1302b之行之讀出電壓、讀出元件1002a之讀出電壓)可表示為A j(t)。可以與描述相同之方式量測A sij(t) (即，在各自行處於校準中時用鄰近感測器內插或用一先前量測估計；在各自行處於讀出模式時量測主動感測器讀出電壓)。
使用一個校準電流，運用項A sij(t)及A j(t)之量測，在量測第i列時可針對一行j th運算一輸出D sij(t)：
和與方程式(15)相關聯之方法相比，與方程式(19)相關聯之方法以一更簡單方式移除ADC失配之效應(例如，更少量測、更少所需元件、更簡單運算)。
可在讀出期間貫穿感測器讀出電路執行運用(若干)校準電流之以上校準方法。可藉由使不同行處於校準而重複例示性方法。
舉例而言，在讀出時間期間，選擇一第一列以進行讀出。一第一行處於校準模式，如描述，而剩餘行處於讀出模式；量測與第一行相關聯之量A 1j(t)及A 2j(t)且可使用如描述之方法來運算與行之主動感測器相關聯之輸出D(t)。
在第一列之讀出完成之後，選擇一第二列以進行讀出。一第二行處於校準中，其類似於如何校準第一行，如描述。剩餘行(例如，除第二行以外之行)處於讀出模式，其類似於如描述之方法。
在第二行之校準期間，量測與第二行相關聯之量A 1j(t)及A 2j(t) (例如，由讀出元件1002b上之第一校準電流及第二校準電流導致之讀出電壓)且可使用如描述之方法(即，在各自行處於校準中時用鄰近感測器內插或用一先前量測估計；在各自行處於讀出模式時量測主動感測器讀出電壓)來運算與第二行之主動感測器相關聯之輸出D(t)。
在一些實施例中，通常，在校準一行(即，量測與行相關聯之量A 1j(t)及A 2j(t))之後，可使用如描述之方法來運算與行之主動感測器相關聯之輸出D(t) (即，量測一各自主動感測器讀出電壓(例如，A sij(t))；由於在校準之後已知A 1j(t)及A 2j(t)，故項可產生對應輸出D sij(t))。
在此實例中，在隨後列讀出期間校準不同行。然而，應瞭解，可重複地校準相同行。亦應瞭解，校準在每一列之讀出期間可能並非必需的。應瞭解，在不脫離本發明之範疇之情況下，校準模式啟動之頻率可取決於系統要求或雜訊環境。儘管在各列讀出時間期間校準一個行，然應瞭解，在不脫離本發明之範疇之情況下可校準一個以上行。舉例而言，在一列讀出時間期間可針對多個行量測量A 1j(t)及A 2j(t)且在一個列讀出時間期間校準多個行。
在一些實施例中，週期性地啓用校準模式。在一些實施例中，對於一特定行，藉由特定行之一第一校準與特定行之隨後校準之間之一時間(即，特定行之A 1j及/或A 2j之更新之間之時間)定義校準週期。在一些實施例中，由讀出元件之漂移判定校準週期。舉例而言，若讀出元件快速地漂移，則校準週期係短的。在另一實例中，若讀出元件緩慢地漂移，則校準週期係長的。
在一些實施例中，在特定行之連續校準期間，在讀出不同列時校準行。舉例而言，在一第一校準時間期間，在讀出一第一列時校準一第一行；在一第二校準時間期間，在讀出一第二列時校準第一行。以此方式，不會始終遺漏一相同主動感測器之實際讀出電壓 (例如，不會始終用一先前值或一內插值估計)。舉例而言，若在第一列讀出時間期間始終校準第一行，則第一行及第一列之主動感測器之當前讀出電壓將始終用鄰近主動感測器內插或用先前讀出電壓估計。
在一些實施例中，每一秒啓用校準模式。在一些實施例中，藉由感測器讀出電路之雜訊特性判定校準模式頻率。在一些實施例中，針對校準模式選擇之行基於感測器讀出電路之雜訊特性。
圖14圖解說明根據本發明之實例之感測器校準之一方法1400。方法1400包含將一讀出元件電耦合至一主動感測器(步驟1402)。舉例而言，參考圖13，將感測器讀出電路1310之一讀出元件電耦合至感測器讀出電路1310之一主動感測器。
方法1400包含用讀出元件來量測主動感測器之一第一讀出電壓(步驟1404)。舉例而言，參考圖13及方程式(15)及(19)，用讀出元件來量測一第一讀出電壓(例如，A sij(t))。
方法1400包含將讀出元件與主動感測器電解耦合(步驟1406)。舉例而言，參考圖13，感測器讀出電路1310之讀出元件與感測器讀出電路1310之主動感測器電解耦合。
方法1400包含將一校準電流電耦合至讀出元件(步驟1408)。舉例而言，參考圖13，校準電流1302a或校準電流1302b經電耦合至感測器讀出電路1310之主動感測器。
方法1400包含用讀出元件來量測由校準電流導致之一第二讀出電壓(步驟1410)。舉例而言，參考圖13及方程式(15)及(19)，用讀出元件來量測一第二讀出電壓(例如，A j(t)、A 1j(t))。
方法1400包含基於(1)第一讀出電壓及(2)第二讀出電壓來運算一輸出(步驟1412)。在一些實例中，輸出與主動感測器之一讀出電流成比例。舉例而言，參考方程式(15)及(19)，基於第一讀出電壓及第二讀出電壓來運算輸出D(t)。
在一些實施例中，方法1400包含：將複數個主動感測器之一各自主動感測器電耦合至複數個讀出元件之一各自讀出元件；運用該各自讀出元件量測該各自主動感測器之一第一讀出電壓；將該各自讀出元件與該各自主動感測器電解耦合；將校準電流電耦合至該各自讀出元件；運用該各自讀出元件量測由該各自讀出元件上之該校準電流導致之一第二讀出電壓；及基於(1)該各自主動感測器之該第一讀出電壓及(2)由該校準電流導致之該第二讀出電壓來運算與該各自主動感測器之一讀出電流成比例之一輸出。舉例而言，參考圖4，在校準第一行1312a (即，量測與第一行1312a相關聯之A j(t)，量測行之漂移)之後校準一第二行1312b (即，量測與第二行1312b相關聯之A j(t)，量測行之漂移)。
在一些實施例中，方法1400包含，在運算第一輸出之後：將校準電流源與讀出元件電解耦合；將該讀出元件電耦合至一第二主動感測器，該第二主動感測器屬於與第一主動感測器相同之一行；運用該讀出元件量測該第二主動感測器之一第三讀出電壓；及基於(1)該第三讀出電壓及(2)由該校準電流導致之第二讀出電壓來運算與該第二主動感測器之一讀出電流成比例之一第二輸出。舉例而言，參考圖13，在針對第一行1312a上之一第一列運算輸出D(t) (即，量測行之漂移)之後，可基於A j(t)及第二列上之主動感測器之讀出電壓來運算與第一行1312a上之一第二列相關聯之一輸出D(t)。
在一些實施例中，由校準電流導致之相同行上之第二讀出電壓之連續量測之間之時間係一校準週期。在一些實施例中，校準週期係1秒。在一些實施例中，校準週期基於讀出元件之漂移。
在一些實施例中，在第二讀出電壓之連續量測期間讀出不同列。舉例而言，參考圖13，在讀出一第一列時在一第一時間針對第一行1312a量測量A j(t)。在一隨後時間，在讀出不同於第一列之一第二列時針對第一行1312a量測量A j(t)。
在一些實施例中，方法1400包含：將讀出元件與第一校準電流源電解耦合；將該讀出元件電耦合至一第二校準電流源；及用該讀出元件量測由該讀出元件上之該第二校準電流導致之一第三讀出電壓，其中輸出進一步基於由該第二校準電流導致之該第三讀出電壓。舉例而言，參考圖13及方程式(15)，使用兩個校準電流1302a及1302b來量測量A 1j(t)及A 2j(t)，且輸出D(t)基於量A 1j(t)及A 2j(t)。
在一些實施例中，讀出元件包含一ADC。
在一些實施例中，方法1400包含：閉合一快門；運算對應於一閉合快門之輸出；及運算在(1)對應於一敞開快門之輸出與(2)對應於閉合快門之輸出之間之與由一感測器影像導致之主動感測器之一阻抗差成比例的一差。下文將參考方程式(22)及(23)來描述此等實施例之實例。
在一些實施例中，第一主動感測器係曝露於一熱場景之一輻射熱計。
圖15圖解說明根據本發明之實例之一感測器校準電路。校準電路1500包含校準感測器電路1520及校準電流電路1530。在一些實施例中，校準電路1500係執行如描述之校準方法之一組合電路。舉例而言，校準感測器電路1520可類似於感測器校準電路1100。校準電流電路1530可類似於感測器校準電路1300。校準電路1500經電耦合至感測器讀出電路1510。在一些實施例中，感測器讀出電路1510可實質上類似於感測器讀出電路1000。應瞭解，在不脫離本發明之範疇之情況下，感測器讀出電路1510可包含任何大小之一感測器陣列及對應讀出電路。一些實施例包含製造校準電路1500之一方法。
圖16圖解說明根據本發明之實例之一感測器校準電路。舉例而言，感測器校準電路1600係校準電路1500之一實施例。感測器校準電路1600包含校準感測器電路1620及校準電流電路1630。感測器校準1600經電耦合至感測器讀出電路1610，感測器讀出電路1610包含區段1610a及1610b，如展示。應瞭解，圖16係闡釋性的且其元件係象徵性的。在不脫離本發明之範疇之情況下可存在感測器校準電路1600之其他組態及感測器校準電路與感測器讀出電路1610之間之連接。一些實施例包含製造電路1600之一方法。
儘管用虛線框圖解說明電路之一些區段，然應瞭解，虛線框僅為了清楚起見而添加且不意謂限制。
在一些實施例中，組合之校準電路(例如，感測器校準電路1600)同時執行與圖11及圖13相關聯之校準方法。舉例而言，當正讀出一選定列感測器時，使用一校準感測器來校準與選定列相關聯之偏壓電壓且使用校準電流來校準(若干)特定行之ADC及撇取電流。使用校準感測器及校準電流之組合校準包含實質上與如描述之個別方法之各者相同之步驟。為了簡潔起見，此處未重複類似步驟。
使用實質上與描述相同之方法，運算與校準感測器相關聯之一輸出： 其中項A M1(t)係在第一校準電流電耦合至校準讀出元件時校準讀出元件之讀出電壓且A M2(t)係在第二校準電流電耦合至校準讀出元件時校準讀出元件之讀出電壓。在一些實施例中，由於校準校準讀出元件阻止偏壓電壓被校準(即，校準感測器與校準讀出元件電解耦合)，故一空白列讀出時間(例如，一個列讀出時間延遲)可用於藉由將各自校準電流與校準讀出元件電耦合及解耦合而進行A M1(t)及A M2(t)量測。在一些實施例中，在校準感測器與校準讀出元件電解耦合以進行A M1(t)及A M2(t)量測之前校準偏壓電壓。
在組合感測器校準方法中，方程式(15)及(20)可組合成方程式(14)。為了簡潔起見，未再次描述與此等方程式相關聯之項。在另一實施例中，當使用一個校準電流時，方程式(20)以從方程式(15)導出方程式(20)之一類似方式精簡為實質上類似於方程式(19)。
由於藉由組合校準感測器及校準電流方法而運算項P ij，故項P ij無列間及行間圖案雜訊兩者。感測器校準電路1600包含與感測器校準電路1100及感測器校準電路1300相關聯之益處，如描述。
在一些實施例中，可添加一快門以補充所描述之感測器讀出電路(例如，感測器讀出電路1000)以移除與感測器變動相關聯之雜訊及1/f雜訊。
舉例而言，在t=0，快門閉合，從而暫時使主動感測器對感測器影像屏蔽。在快門閉合時量測各行之讀出電壓。在快門閉合時量測之讀出電壓可表示為A sij(0)。在一不同時間(例如，在時間t)，快門敞開，從而將主動感測器曝露於感測器影像。在快門敞開時量測各行之讀出電壓。在快門敞開時量測之讀出電壓可表示為A sij(t)。
運用A sij(t)及A sij(0)，可運算由感測器影像導致之阻抗變化(例如，ΔZ ij)： 其中g係與量測相關聯之讀出元件之增益，V biasi係與第i列(即，當前選定列)之參考感測器相關聯之偏壓電壓，且Z ij(t)係在量測A sij(t)時(例如，在快門敞開時)之感測器(i,j)之絕對阻抗。
快門校準可移除歸因於感測器變動之雜訊圖案且重設與感測器及電路元件相關聯之1/f雜訊。在一些實施例中，感測器要求判定快門之頻率。舉例而言，一感測器要求係輻射熱計像素雜訊等效溫差(NETD)。
在一些實施例中，所描述之快門校準方法與相關聯於圖11、圖13、圖15及圖16之任一者之感測器校準方法組合。為了簡潔起見，明確地描述快門校準方法及與圖15及圖16相關聯之感測器校準方法之組合。一般技術人員將認知，與未明確揭示之校準方法之組合相關聯之運算可從本發明容易地導出且在本發明之範疇內。
在一些實施例中，當快門閉合時，運算與主動感測器(例如，方程式(15)，D sij(0))及校準感測器(例如，方程式(20)，D iM(0))相關聯之校準量。因而，方程式(21)及(22)經組合以運算量P ij，其與快門校準、校準感測器及校準電流相關聯。
方程式(23)產生項P ij，其實質上與感測器影像之變化(即，主動感測器阻抗之變化ΔZ ij)成比例。舉例而言，感測器係輻射熱計且感測器影像係傳入熱輻射。
在一些實施例中，組合快門校準、校準感測器及校準電流方法利用一個校準電流。在此等實施例中，項P ij實質上與感測器影像之變化成比例，如下：
為了簡潔起見，未再次描述其他方程式中描述之項。
圖17圖解說明根據本發明之實例之感測器校準之一方法1700。在一些實施例中，方法1700包含於方法1400中。
方法1700包含將一讀出元件與一第一校準電流源電解耦合(步驟1702)。舉例而言，參考圖16，校準電流電路1630中之校準電流源與感測器讀出電路1610中之讀出元件電解耦合。
方法1700包含將一第二讀出元件電耦合至校準電流源(步驟1704)。舉例而言，參考圖16，校準電流電路1630中之校準電流源之一者電耦合至校準感測器電路1620中之校準讀出元件。
方法1700包含用第二讀出元件來量測由校準電流導致之一第三讀出電壓(步驟1706)。舉例而言，參考圖16，用校準讀出元件來量測由校準電流源導致之一讀出電壓。
方法1700包含將第二讀出元件與校準電流源電解耦合(步驟1708)。舉例而言，參考圖16，校準電流電路1630中之校準電流源與校準感測器電路1620中之校準讀出元件電解耦合。
方法1700包含將一校準感測器之一第一端子電耦合至由複數個主動感測器及主動感測器共用之一偏壓電壓節點(步驟1710)。舉例而言，參考圖16，感測器讀出電路1610中之偏壓電壓節點電耦合至校準感測器電路1620中之校準感測器。
方法1700包含將校準感測器之一第二端子電耦合至第二讀出元件(步驟1712)。舉例而言，參考圖16，校準感測器電路1620中之校準感測器電耦合至校準感測器電路1620中之校準讀出元件。
方法1700包含將複數個主動感測器及該主動感測器曝露於一感測器影像(步驟1714)。舉例而言，參考圖16，感測器讀出電路1610中之複數個主動感測器曝露於一感測器影像。
方法1700包含使校準感測器對感測器影像屏蔽(步驟1716)。舉例而言，參考圖16，校準感測器電路1620中之校準感測器對感測器影像屏蔽。
方法1700包含用第二讀出元件來量測校準感測器之一第四讀出電壓(步驟1718)。舉例而言，參考圖16，用校準感測器電路1620中之校準讀出元件來量測校準感測器電路1620中之校準感測器之一讀出電壓。
方法1700包含運算一第二輸出。在一些實例中，輸出基於第三讀出電壓及第四讀出電壓(步驟1720)。舉例而言，參考圖7及方程式(20)，基於第三讀出電壓及第四讀出電壓來運算與校準感測器行相關聯之D(t)。
方法1700包含運算一差。在一些實例中，差係在(1)第一輸出與(2)第二輸出之間藉由校準感測器之一阻抗與主動感測器之一阻抗之間之一比率加權(步驟1722)。舉例而言，參考圖7及方程式(21)，基於輸出D sij(t)及D iM(t)來運算項P ij。
圖18A圖解說明一例示性感測器影像。歸因於圖案雜訊，感測器影像1800中存在水平雜訊圖案(其之一假影用1810指示)及垂直雜訊圖案(其之一假影用1820指示)。
圖18B圖解說明在使用所揭示之校準方法之後之一例示性感測器影像。藉由使用揭示校準方法，感測器影像1850無在感測器影像1800中觀察到之水平及垂直雜訊圖案。
一些MEMS系統利用電容元件(例如，感測器、電容器)來儲存電荷以用於讀出。舉例而言，x射線成像系統可實施一二維感測器像素陣列，其(1)將x射線光子直接轉換為電子或(2)利用一閃爍體板來將x射線光子轉換成可見光子，可見光子接著藉由對可見光敏感之光偵測器轉換成光電子。可藉由儲存於一等效電容器中之一電荷(例如，一光二極體中之接面電容，在讀出之前儲存光生電荷之一像素電容器)表示入射於一感測器像素上之電子或光電子之數量。
在一典型x射線成像系統中，各感測器之電荷一次讀出一列；各行感測器連接至一電荷轉阻放大器(CTIA)，其後接著一ADC。此等架構可需要一大的晶片面積及大量功率(例如，每通道3 mW至5 mW)以便達成一所要靈敏度及解析度。具有超過3,000行之一典型面板將需要相同數量之CTIA。在典型x射線成像系統中，一CTIA可包含一高增益運算放大器及一相對較大電容器(例如，1 pF至5 pF)以匹配x射線像素電容。運算放大器之高增益性質導致高功率耗散，其隨著行數而擴縮。
本發明之實例係關於MEMS感測器電路及方法，其減小傳統MEMS系統之晶片大小及功率耗散，同時減小成本且增加可靠性及可攜帶性。在本文中之一些實施例中，一感測器電路包含：複數個感測器，其等各經組態以儲存一電荷；一積分三角 ADC，其經組態以接收各感測器之電荷；及複數個開關(各開關對應於該複數個感測器之一各自者)，其等經組態以將該複數個感測器之各者循序地耦合至該積分三角 ADC。在一些實施例中，感測器電路不包含一CTIA。在一些例項中，用一積分三角 ADC替換一CTIA及一ADC減小讀出元件之功率及面積，此係因為CTIA之高增益運算放大器及CTIA之大電容器不再在電路中。若積分三角 ADC替換全部感測器行之CTIA，則功率及面積縮減將藉由感測器行數(參見上文，在一些例項中，一成像系統包含3,000行)擴縮，其可在不損及靈敏度、解析度或雜訊之情況下提供大量功率及面積節省。功率及面積之縮減可減小成本且增加包含感測器電路之一系統(例如，一x射線成像系統、一CMOS成像系統、一CCD成像系統)之可靠性及可攜帶性。
圖19A圖解說明一例示性感測器電路1900。如圖解說明，感測器電路1900包含感測器1902A至1902D、開關1904A至1904D、及ADC 1906。在一些實施例中，ADC 1906係經組態以捕獲一選定感測器之電荷之一積分三角 ADC。在一些例項中，當選擇一感測器以進行讀出時，來自該選定感測器之放電電流係一時變(例如，指數衰減、步進)信號。在一些實施例中，積分三角 ADC經組態以接收時變信號且捕獲實質上選定感測器之總電荷。在一些例項中，一積分三角 ADC可以足夠解析度量測來自時變信號之總電荷以滿足一系統之精確度要求。在一些實施例中，在選擇一各自感測器之一列時，一開關將各自感測器電耦合至積分三角 ADC (例如，開關1904A將對應於一特定列之感測器1902A電耦合至積分三角 ADC)。在一些實施例中，感測器電路不包含電定位在複數個感測器與積分三角 ADC之間的一CTIA。一些實施例包含製造感測器電路1900之一方法。
在一些實施例中，關於圖1至圖18中描述之感測器電路，感測器電路1900可代替一CTIA包含於所描述之讀出元件中。舉例而言，讀出元件102或1002包含ADC 1906。
應瞭解，用來示意性地表示感測器之電容器符號僅係例示性的而非限制性的。在一些實施例中，感測器1902係一感測器像素。在一些實施例中，感測器1902係接收輻射(例如，X射線)且將該輻射轉換成電荷的一感測器。在一些實施例中，當一感測器像素正在感測時將一電荷儲存於該感測器像素中，且電容器表示該感測器像素之電荷儲存操作。舉例而言，感測器係一x射線感測器光二極體，且感測器回應於曝露於x射線輻射而累積電荷；總累積電荷表示x射線輻射位準且使用電容器符號來表示電荷儲存操作。作為另一實例，感測器係將x射線光子直接轉換成電子之一x射線感測器像素且將電子儲存於一電容器(例如，在讀出之前儲存光生電荷之一像素電容器)中。
應瞭解，感測器電路1900僅係例示性的。在一些實施例中，感測器電路1900表示一個感測器行，且該行之各感測器屬於一感測器列(未展示)；在一不同列時間(例如，在不同放電時間窗期間)讀出一行之各感測器。在一些實施例中，使用本文中描述之相同方法在一隨後讀出時間讀出行之一第二感測器。舉例而言，一第一開關將一第一感測器與積分三角 ADC解耦合且一第二開關在一第二列時間(例如，一第二放電時間窗)期間將一第二感測器電耦合至積分三角 ADC。
在一些例項中，一積分三角 ADC可能更適於接收近DC信號。因此，當在一感測器電路中包含一積分三角 ADC時，將放電信號轉換成一近DC信號(例如，一恆定電流)將更令人期望。一CTIA及一取樣保持電路可包含在感測器與積分三角 ADC之間以產生一近DC輸入以用於積分三角類比轉數位轉換。此在從一感測器直接讀出之一信號包含高峰值及快速轉變之情況下可係特別有利的。若信號包含尖銳特徵，則ADC解析度可能丟失，此係因為可能無法由積分三角 ADC充分擷取信號。然而，如先前論述，針對一感測器陣列之各行添加一CTIA可增加讀出晶片之讀出功率及面積。
在一些實施例中，一CTIA及一取樣保持電路不包含在積分三角 ADC內。圖19B圖解說明一例示性感測器電路1950。如圖解說明，感測器電路1950包含感測器1952A至1952D、開關1954A至1954D、ADC 1956、可變電阻器1958、及控制電壓1960。在一些實施例中，ADC 1956係經組態以捕獲一選定感測器之一總電荷的一積分三角 ADC。在一些例項中，當選擇一感測器以進行讀出時，來自選定感測器之放電電流係一時變(例如，指數衰減、步進)信號。在一些實施例中，可變電阻器經組態以接收時變信號且將總電荷輸出至積分三角 ADC。在一些實施例中，感測器電路不包含電定位在複數個感測器與積分三角 ADC之間的一CTIA。在一些實施例中，感測器1952A至1952D對應於感測器1902A至1902D，開關1954A至1954D對應於開關1904A至1904D，且ADC 1956對應於ADC 1906。為了簡潔起見，不會再次描述類似於圖19A中描述之元件的元件。一些實施例包含製造感測器電路1950之一方法。
在一些實施例中，關於圖1至圖18中描述之感測器電路，感測器電路1950可代替一CTIA包含在所描述之讀出元件中。舉例而言，讀出元件102或1002包含ADC 1956及可變電阻器1958。在一些實施例中，可變電阻器1958經電耦合至感測器110、112、1008或1010且用本文中描述之方法控制以最小化自加熱之時變效應。
積分三角 ADC前面之可變電阻器1958允許在讀出期間控制一電容器之放電以減少一未受控制放電信號之高峰值振幅及尖銳特徵。作為一實例，在感測器讀出期間(例如，在一x射線感測器光二極體之累積電荷放電至讀出電路時)，可藉由改變可變電阻器之電阻且使一放電時間窗與讀出操作之一列時間匹配而控制放電信號。在一些實施例中，一列時間係在讀出一感測器列時。
在一些實施例中，用一MOS電晶體來實施可變電阻器1958。在一些實施例中，可用一控制電壓1960來控制MOS電晶體之電阻，控制電壓1960控制電晶體之跨導。應瞭解，使用電晶體符號來表示可變電阻器1958且連接至可變電阻器之控制電壓1960並非限制性；在不脫離本發明之範疇之情況下可存在可變電阻器1958之其他實施方案。
在一些實施例中，用一加權電阻器庫(未展示)來實施可變電阻器1958，其中可達成離散位準之電阻(例如，加權電阻器庫之電阻器之間之各組合係唯一的)。舉例而言，加權電阻器庫包含可選擇性地並聯或串聯電耦合的複數個電阻器及複數個對應開關。在一些實施例中，各電阻器具有一唯一值使得電阻器之每一不同組合導致一不同總電阻(例如，電阻器之值形成一組基礎值，其以一逐步方式從高至低跨越一系列電阻(例如，從5.05千歐姆至5歐姆依50 歐姆之增量))。
作為一實例，可變電阻器1958係一MOS電晶體。在此實例中，放電時間窗之開始匹配一列時間之開始。在此時間(例如，t=0)期間，可變電阻器1958之電阻處於一初始電阻(例如，R 0)，且開關1954將感測器1952電耦合至可變電阻器1958。隨著時間在此放電時間窗期間推移，可變電阻器1958之電阻從R 0減小。在此實例中，電阻在放電時間窗結束(例如，t=T)時從R 0線性地減小至零。在一些實施例中，T係20微秒。在一些實施例中，T係40微秒。在一些實施例中，T介於10微秒與1毫秒之間。在一些實施例中，放電時間窗比開啟一可比較MOS電晶體之一信號之一上升時間長數個量級。因此，在放電時間窗內減小可變電阻器1958之一電阻可不同於僅開啟一電晶體。舉例而言，放電時間窗在微秒範圍中且開啟MOS電晶體之信號之一上升時間在奈秒範圍中。可如下般運算可變電阻器1958之電阻：
在一些實施例中，為控制電阻，將控制電壓1960電耦合至MOS電晶體之閘極且在讀出期間針對各列時間將汲極至源極跨導從低增加至高(即，電阻從高減小至低) (例如，藉由增加閘極電壓)。如用以上方程式描述，可變電阻器之電阻從t=0線性地減小至t=T；t=0處之電阻(例如，R(0))係初始電阻R 0，在t=0之後，電阻如關於方程式描述般線性地減小，且電阻(例如，R(T))在t=T處實質上接近零。在一些實施例中，用一加權電阻器庫(未展示)來實施可變電阻器1958，其中可達成離散位準之電阻(例如，加權電阻器庫之電阻器之間之各組合係唯一的)。在此等實施例中，可用加權庫之電阻器之一逐步函數來近似計算R(t)。
儘管方程式(26)展示，在一理想情況中，R(t)在t=T處達到零，然應瞭解，用來實施可變電阻器1958之組件在一放電時間窗結束時可能未達到精確零電阻。在一些實施例中，此電阻係可變電阻器的最低電阻。舉例而言，若可變電阻器係一MOS電晶體，則由電晶體之電導(例如，電晶體之「接通」電阻)判定最低電阻。作為另一實例，若可變電阻器係一加權電阻器庫，則藉由並聯地電耦合庫之全部電阻器而達成最低電阻。
可用C來表示感測器1902之電容。可如下計算進入可變電阻器1958中之電流：
藉由求解V(t)，跨可變電阻器1958之電壓可計算為時間之一函數：
跨可變電阻器1958之電流I(t)可表達為：
如用方程式(29)展示，若放電時間窗T設定為等於初始時間常數(例如，T=C×R 0)，則電流輸出可為實質上恆定的(例如，I = V(0)/R 0)。因此，在一些實施例中，由感測器1902之有效電容(例如，1 pF至5 pF)及放電時間窗(例如，列時間)判定可變電阻器之R 0。藉由將放電電流轉換為一恆定電流，可在無上述較大面積及功率損失之情況下用一積分三角 ADC (例如，16位元轉換(14個有效位元數))達成一較高解析度。因此，若已知或判定(例如，藉由系統要求)一列時間且已知感測器電容，則可變電阻器可經設計以將放電電流轉換成一恆定電流。藉由使用感測器電路1950轉換為恆定電流，可在不包含一CTIA之情況下減少歸因於輸入至一積分三角 ADC之高峰值及/或尖銳放電信號的解析度降低。儘管在此實例中使用術語「恆定電流」，然應瞭解，經轉換電流可包含未實質上降低一積分三角 ADC之解析度之變動。
在一些實施例中，在一放電時間窗結束時，可能無法完全讀出一感測器之電荷。在一些實施例中，剩餘電荷可憑藉額外放電路徑放電至積分三角 ADC中。在一些實施例中，可在未實質上影響ADC量測之情況下忽略剩餘電荷。
應瞭解，感測器電路1950僅係例示性的。在一些實施例中，感測器電路1950表示一個感測器行，且該行之各感測器屬於一感測器列；在一不同列時間(例如，在不同放電時間窗)讀出一行之各感測器。在一些實施例中，使用本文中描述之相同方法在一隨後讀出時間讀出行之一第二感測器。舉例而言，一第二開關在一第二列時間(例如，一第二放電時間窗)期間將一第二感測器電耦合至可變電阻器，且使用本文中描述之方法將第二感測器之電流轉換為積分三角 ADC之近DC。
儘管感測器電路1950描述為具有一個可變電阻器，然應瞭解，一行感測器可與一個以上可變電阻器相關聯。
在一些實施例中，可回應於一更新列時間要求而調整R 0。舉例而言，可調整一加權電阻器庫以設定一不同初始電阻。作為另一實例，可在讀出之前調整可變電阻器之初始電阻。
儘管有時參考x射線感測器光二極體來描述上文實例，然應瞭解，其他類型之感測器可在不脫離本發明之範疇之情況下使用一類似電流控制電路。舉例而言，所描述電路可用於CMOS或CCD成像系統。
圖20A圖解說明一例示性感測器電路2000。感測器電路包含感測器2002A至2002B及讀出電路2004A至2004B。在一些實施例中，讀出電路包含感測器電路1900或感測器電路1950。由於感測器電路2000可不包含一CTIA，故感測器電路可具有本文中描述之功率、面積及解析度優點。
如圖解說明，藉由N個行2006A至2006N組織感測器2002。應瞭解，「N」可為任何數目個行。如關於圖20A及圖20B描述，「一行感測器」係包含於一感測器陣列中沿陣列之一第一維度配置且由陣列之邊界定界的複數個感測器。複數個感測器之各感測器屬於沿陣列之一第二維度之一唯一列。舉例而言，如圖20A中圖解說明，藉由垂直感測器行(例如，行2006A至2006N)空間地配置感測器2002A及2002B。作為另一實例，一行感測器經電耦合至感測器電路1900及1950中之積分三角 ADC。如圖解說明，讀出電路2004A經組態以讀出感測器2002A，且讀出電路2004B經組態以讀出感測器2002B。
在一些實施例中，感測器係x射線感測器光二極體且係一x射線面板之部分。在一些實施例中，感測器係一CMOS或CCD面板之部分。在一些實施例中，讀出電路包含積分三角 ADC。在一些實施例中，讀出電路不包含CTIA。
圖20B圖解說明一例示性感測器電路2050。如圖解說明，藉由N個行2056A至2056N組織感測器2052。感測器電路包含感測器2052A至2052D及讀出電路2054A至2054D。在一些實施例中，感測器係x射線感測器光二極體且係具有與圖20A中描述之面板相同之一大小的一x射線面板之部分。在一些實施例中，感測器係一CMOS或CCD面板之部分。在一些實施例中，感測器經配置成行，且各行包含連接至一第一讀出電路的第一複數個感測器及連接至一第二讀出電路的第二複數個感測器。舉例而言，感測器2052A包含第一複數個感測器，且感測器2052B包含第二複數個感測器；感測器2052A及2052B之組合對應於圖20A中描述之感測器2002A。作為另一實例，行2056A包含來自第一複數個感測器及來自第二複數個感測器的感測器。在此等例項中，面板分開，第一複數個感測器包含行感測器之前半部分(如關於圖20A定義)，且第二複數個感測器包含感測器行之後半部分(例如，第一複數個感測器及第二複數個感測器之數目相等)。
如圖解說明，讀出電路2004A經組態以讀出感測器2002A，讀出電路2004B經組態以讀出感測器2002B，讀出電路2004C經組態以讀出感測器2002C，且讀出電路2004D經組態以讀出感測器2004D。在一些實施例中，雙向地讀出一行。舉例而言，用讀出電路2004A及2004B同時讀出第一複數個感測器及第二複數個感測器。
藉由同時讀取一行之不同部分，可減小讀出中涉及之寄生電容及電阻。舉例而言，各自讀出電路之輸入處之行2056A之寄生電阻及電容各自減半。藉由減小一行之寄生RC，可減少讀出延遲。此外，藉由「拆分」一行，可降低列定址複雜性。舉例而言，減少總列位址，此係因為針對各讀出ASIC讀出一半列(與圖20A中之配置相比)。
在一些實施例中，讀出電路之各者包含感測器電路1900或1950 (為了簡潔起見，其等將不會再次進行描述)及對應於複數個感測器之各者之一積分三角 ADC。在一些實施例中，讀出電路不包含一CTIA。在所描述實例中，即使讀出電路之數目在一分開式面板組態中加倍，圖20B中描述之架構(例如，包含積分三角 ADC之讀出電路，不包含一CTIA之讀出電路)中之總讀出電路面積及功率耗散亦可少於包含每行一個CTIA之一非分開行系統。
舉例而言，對於3072×3072感測器陣列，歸因於面積節省優點(例如，替換CTIA，降低定址複雜性，減小行負載)，八個晶片可用於分開式面板組態中(與包含每行一個CTIA之一非分開式行系統中之十二個晶片相比)。藉由在分開式面板組態中使用感測器電路1900或1950，亦可降低系統功率，此係因為一CTIA不用於讀出。舉例而言，每行之功率可從每行3 mW至5 mW降低至低於每行1 mW。藉由將各行分成子行且減小電耦合至讀出電路之寄生RC (藉此減少由寄生效應導致之傳播延遲)，可改良系統效能。舉例而言，一行之寄生電容之範圍可在50 pF至200 pF之間且一行之寄生電阻之範圍可在1千歐姆至100千歐姆之間；若一行如本文中描述般分成兩半，則寄生值將分別減小兩倍。
圖21A至圖21D及表1展示積分三角 ADC之模擬結果，證實時變信號在一時間週期期間之轉換。表1展示依據關於圖21A至圖21D描述之過取樣率(OSR)及輸入信號形狀而變化之有效位元數(ENOB)。
圖21A中之曲線展示產生表1中展示之ENOB之隨機理想恆定輸入。圖21B中之曲線展示一電流箝位信號；一行上之一電流箝位迫使輸入至ADC之一電流恆定，直至完全耗盡電荷，從而有效地產生脈衝寬度調變輸入。圖21C中之曲線係一指數衰減信號，其具有兩個RC時間常數之一長度。在一些實施例中，若在兩個時間常數之後尚未完全耗盡電荷，則使用一低電阻開關將剩餘電荷放電至ADC中。圖21D中之曲線係一指數衰減信號，其具有五個RC時間常數之一長度。如表1中展示，若允許信號針對五個時間常數衰減，則ENOB與兩個時間常數信號相比減少。在一些實施例中，圖21C及圖21D中圖解說明之曲線表示一感測器讀出電荷信號(例如，將一感測器之總電荷放電至ADC中)。應瞭解，曲線出於闡釋性目的而呈現且不一定按比例繪製。
信號形狀 ENOB@OSR=128 ENOB@OSR=256
恆定 13.0 15.3
電流箝為(寬度調變) 6.4 7.4
2個時間常數衰減 11.4 13.8
5個時間常數衰減 9.4 11.2
表1：依據過取樣率(OSR)及輸入信號形狀而變化之有效位元數(ENOB)。
在一些實施例中，對於一時變輸入信號，一數位濾波器搭配積分三角 ADC使用以改良效能。舉例而言，使用數位濾波器來處理從感測器電路1900或1950輸出之數位信號。在一些實施例中，數位濾波器係一有限脈衝回應(FIR)濾波器。可選擇有限脈衝回應(FIR)濾波器之係數以減少量化誤差且增加線性度。作為一實例，對於電流箝位波形(例如，圖21B)，可使用具有全部係數之相同值之一FIR濾波器(例如，一矩形窗)來改良效能。作為另一實例，對於指數衰減波形(例如，圖21C，圖21D，一感測器放電電流)，可將一布萊克曼或漢明窗用於FIR濾波器以改良效能。
在一些實施例中，在非晶矽上實施一CEP (循環激發程序)效應。此可增大感測器像素之靈敏度。舉例而言，一x射線感測器像素可經製造具有用於間接偵測之一非晶Si基壓區(n型/本質/p型)結構或具電極結構之一x射線敏感光導體(例如，硒)以允許定址光電子。在兩種情況中，針對光激發(初級)帶電載子產生內部增益可降低產生可偵測信號所需之x射線輻射位準。CEP在無高電場之情況下產生高增益(習知突崩倍增效應可係如此)。在一些例項中，CEP裝置可用於x射線間接偵測。在一些實施例中，結合諸如硒之x射線光導體利用CEP效應。
圖22圖解說明根據本發明之實例之製造一機電系統之一方法2200。作為非限制實例，電化學系統可與電路100、300、500、600、800、900、1000、1100、1300、1500、1600、1900、1950、2000及2050 (及相關方法)相關聯。為製造一機電系統，可使用且依一不同順序使用方法2200中之全部或一些程序步驟。作為一非限制實例，可在步驟2212之前執行步驟2214。
方法2200包含步驟2202，提供一基板。在一些實施例中，基板係由玻璃製成。在一些實施例中，基板係低溫多晶矽。在一些實施例中，基板係含有額外元素以微調性質之硼矽酸鹽。硼矽酸鹽之一實例係Corning Eagle TM，其產生鹼土硼鋁矽酸鹽(載有硼、鋁及各種鹼土元素之矽酸鹽)。可從Asahi Glass TM或Schott TM獲得其他變體。
在一些實施例中，使用一扁平面板玻璃程序來製造機電系統。在一些實施例中，使用一液晶顯示器(LCD)程序來製造機電系統。在一些實施例中，使用一OLED顯示器程序或一x射線面板程序。採用一扁平面板玻璃程序可允許增大基板大小，藉此允許每一基板之較高數目個電化學系統，其減少處理成本。「面板級」大小可包含620 mm × 750 mm、680 mm × 880 mm、1100 mm × 1300 mm、1300 mm × 1500 mm、1500 mm × 1850 mm、1950 mm × 2250 mm、及2200 mm × 2500 mm。此外，面板級製造中之薄膜電晶體(TFT)亦可減少成本，故(舉例而言) LCD-TFT程序可為有益的。
方法2200包含步驟2204，將MEMS添加至基板。儘管使用MEMS來描述結構之添加，然應瞭解，可在不偏離本發明之範疇之情況下添加其他結構。在使用面板級處理之實施例中，可使用一LCD-TFT程序來添加MEMS結構。
步驟2204之後可接著選用步驟2216，子電鍍。在基板大於隨後步驟中使用之處理設備時可使用步驟2216。舉例而言，若使用一面板級程序(諸如LCD)，則一些實施例將包含(在步驟2204)將面板切割成晶圓大小以執行進一步處理(使用(舉例而言)CMOS製造設備)。在其他實施例中，貫穿方法2200使用相同大小基板(即，未使用步驟2216)。
方法2200包含步驟2206，從基板釋放MEMS。
方法2200包含步驟2208，釋放後處理。此釋放後處理可製備MEMS結構以用於進一步程序步驟，諸如平坦化。在晶圓級處理中，平坦化可包含化學機械平坦化。在一些實施例中，進一步程序步驟包含回蝕刻，其中將一光阻劑旋塗至拓撲上以產生一更平坦表面，接著蝕刻該表面。對蝕刻時間之較高控制可產生一較光滑表面輪廓。在一些實施例中，進一步程序步驟包含「旋塗玻璃」，其中將載有玻璃之有機黏結劑旋塗至拓撲上且烘烤結果以驅除有機溶劑，從而留下較光滑之一表面。
方法2200包含步驟2210，在必要之情況下，真空囊封MEMS結構。真空囊封可有益於延長裝置壽命。
方法2200包含步驟2212，單一化。一些實施例可包含校準及晶片程式化，其可考量感測器之性質。本文中描述之方法在玻璃基板製程中可係有利的，此係因為玻璃微影能力之均勻性有限。作為一進一步優勢，玻璃具有一較低導熱率，故一玻璃基板可為一較佳絕熱體；藉由製造將一輻射熱計像素與一玻璃基板分離之薄結構，本文中之實施例可較佳地用於將玻璃輻射熱計像素與封裝環境熱隔離。
方法2200包含步驟2214，附接一讀出積體電路(ROIC)及撓曲/PCB附件。作為非限制實例，讀出電路可與電路100、300、500、600、800、900、1000、1100、1300、1500、1600、1900、1950、2000及2050(及相關方法)相關聯。本文中描述之程序及裝置可具有以下進一步優勢：信號處理所需之區域可遠小於由感測物理指示之感測區域。通常，將感測器整合在CMOS電路之頂部上，且區域驅動成本導致對於信號處理任務而言並非最佳的一技術節點。本文中描述之程序可使用一更適合CMOS且降低信號處理所需之區域，從而藉由利用FPD(扁平面板顯示器)製造之低成本使感測器免受任何區域限制。在一些實施例中，特別地設計ROIC用於感測一特定電磁波長(諸如X射線、THz、LWIR)。
圖23圖解說明一例示性感測器。在一些實施例中，使用方法2200來製造感測器2300。感測器2300包含玻璃基板2306、耦合至玻璃基板2306之小於250nm寬之結構2304、及耦合至結構2304之一感測器像素2302。在感測器2300之一些實施例中，結構2304係將作用區域與玻璃熱分離之一鉸鏈。在一些實施例中，感測器2300接收一輸入電流或電荷且基於所接收輻射而輸出一輸出電流或電荷(例如，感測器之兩個端子之間之電阻回應於曝露於LWIR輻射而改變)。
在一些實施例中，一感測器包含：一玻璃基板；一結構，其由本文中描述之方法之任一者製造且耦合至該玻璃基板；及一感測器像素，其耦合至該結構。
在一些實施例中，一感測器包含藉由一LCD-TFT製程製造的一MEMS或NEMS裝置及藉由本文中描述之方法之任一者製造的一結構。
藉由實例，感測器可包含電阻式感測器及電容式感測器。輻射熱計可用於各種應用中。舉例而言，長波紅外(LWIR，近似8 μm至14μm之波長)輻射熱計可用於汽車及商業安全產業中。舉例而言，LWIR輻射熱計具有QVGA、VGA及其他解析度。太赫茲(THz，近似1.0 mm至0.1mm之波長)輻射熱計可用於安全(例如，機場乘客安全檢查)及醫療(醫學成像)。舉例而言，THz輻射熱計具有QVGA解析度及其他解析度。一些電化學系統可包含X射線感測器或相機系統。類似地，LWIR及THz感測器用於相機系統中。一些機電系統應用於醫學成像中，諸如內窺鏡及外窺鏡。X射線感測器包含直接及間接感測組態。
其他機電系統包含用於光偵測及測距(LIDAR)系統之掃描器。舉例而言，光學掃描器，其中一雷射光束之空間性質可經塑形(用於(例如)光束指向)。機電系統包含慣性感測器(例如，其中輸入刺激係線性或角運動)。一些系統可用於生物感測及生物治療平台(例如，其中偵測到生物化學試劑)。
在一個態樣中，一種感測器讀出電路包含一讀出元件、一第一電流源、一第二電流源、一電壓驅動器、一參考感測器、及一主動感測器。讀出元件包含一輸入。電壓驅動器包含一輸出。參考感測器包含一第一端子及一第二端子；該第一端子電耦合至第一電流源且該第二端子電耦合至電壓驅動器之輸出。主動感測器包含一第一端子及一第二端子；該第一端子電耦合至第二電流源及讀出元件之輸入且該第二端子電耦合至電壓驅動器之輸出。主動感測器經組態以曝露於一感測器影像。
在上述電路之一些態樣中，第一電流及第二電流係恆定的。
在上述電路之各者之一些態樣中，電壓驅動器產生主動感測器之一偏壓電壓。
在上述電路之各者之一些態樣中，主動感測器進一步經組態以在該主動感測器曝露於感測器影像時改變自該主動感測器之第一端子至讀出元件之輸入之一電流。
在上述電路之各者之一些態樣中，主動感測器進一步經組態以在該主動感測器曝露於感測器影像時改變該主動感測器之一阻抗。
在上述電路之各者之一些態樣中，參考感測器係一參考輻射熱計像素且主動感測器係一主動輻射熱計像素。
在上述電路之各者之一些態樣中，電路進一步包含一第二參考感測器、一第二主動感測器、一第一開關、一第二開關、一第三開關、及一第四開關。第二參考感測器包含一第一端子及一第二端子；該第一端子電耦合至第一電流源且該第二端子電耦合至電壓驅動器。第二主動感測器包含一第一端子及一第二端子；該第一端子電耦合至輸出第二電流之第二電流源且該第二端子電耦合至電壓驅動器之輸出。第二主動感測器經組態以改變自第一端子至讀出元件之輸入之電流。第一開關經組態以選擇性地將參考感測器電耦合至第一電流源。第二開關經組態以選擇性地將主動感測器電耦合至第二源。第三開關經組態以選擇性地將第二參考感測器電耦合至第一電流源。第四開關經組態以選擇性地將第二主動感測器電耦合至第二電流源。
在上述電路之各者之一些態樣中，電路進一步包含經組態以移除一偏移的一CDS電路。
在上述電路之各者之一些態樣中，讀出元件之電壓與參考感測器與主動感測器之間之一阻抗差成比例。
在上述電路之各者之一些態樣中，電路進一步包含電耦合至參考感測器之第二端子之一運算放大器之一輸出。
在上述電路之各者之一些態樣中，電路進一步包含電耦合至參考感測器之第一端子及第二端子之一回饋元件。
在上述電路之各者之一些態樣中，電路進一步包含一第三參考感測器及一第三電流源。第三參考感測器包含一第一端子及電耦合至電壓驅動器之輸出之一第二端子。第三電流源電耦合至第三參考感測器之第一端子，且經組態以輸出反映由第三參考感測器產生之自加熱之一第七電流。第二電流之值根據第七電流調整。
在上述電路之各者之一些態樣中，電路進一步包含一ADC，該ADC經組態以對自第一端子至讀出元件之輸入之電流之變化進行取樣。
在上述電路之各者之一些態樣中，第一電流源及第二電流源經組態以在相對於各自第一端子之一相同方向上輸出相等量值之電流。
在上述電路之各者之一些態樣中，讀出元件包含一CTIA。
在上述電路之各者之一些態樣中，第一電流源及第二電流源係從一無熱電壓源及電阻器、一高阻抗無熱電晶體電流源、及一威爾森電流鏡之群組選擇。
在上述電路之各者之一些態樣中，電路進一步包含輸出至參考感測器之第二端子之一放大器。參考感測器之第一端子電耦合至放大器之一負輸入。第一電流源經組態以跨負輸入及輸出產生一電壓降。
在上述電路之各者之一些態樣中，參考感測器係一參考輻射熱計像素，且主動感測器係經組態以偵測LWIR輻射之一輻射熱計像素。
在上述電路之各者之一些態樣中，讀出元件包含一積分三角 ADC。
在上述電路之各者之一些態樣中，積分三角 ADC之一第一級包含一CTIA。
在上述電路之各者之一些態樣中，參考感測器對一感測器影像屏蔽。
在上述電路之各者之一些態樣中，電路進一步包含電耦合在電壓驅動器之輸出與主動感測器之第二端子之間的一電壓隨耦器。
在上述電路之各者之一些態樣中，電路進一步包含兩個或更多個電流緩衝器，該兩個或更多個電流緩衝器包含電耦合在第一電流源與參考感測器之間的一第一電流緩衝器及電耦合在第二電流源與主動感測器之間的一第二電流緩衝器。
在上述電路之各者之一些態樣中，電路進一步包含經組態以選擇性地將主動感測器電耦合至電壓驅動器的一第五開關。
在另一態樣中，一種感測器讀出之方法包含：提供一第一電流至一參考感測器之一第一端子；自該第一電流產生該參考感測器之一第二端子處之一電壓；提供一第二電流至主動感測器之一第一端子；在該電壓下驅動一主動感測器之一第二端子；將該主動感測器曝露於一感測器影像；及量測自該主動感測器之該第一端子至一讀出元件之一輸入之一第三電流。
在上述方法之一些態樣中，第一電流及第二電流係恆定的。
在上述方法之各者之一些態樣中，電壓係主動感測器之一偏壓電壓。
在上述方法之各者之一些態樣中，將主動感測器曝露於感測器影像進一步包含改變第三電流。
在上述方法之各者之一些態樣中，將主動感測器曝露於感測器影像進一步包含改變該主動感測器之一阻抗。
在上述方法之各者之一些態樣中，方法進一步包含：提供一第四電流至一第二參考感測器之一第一端子；自該第四電流產生該第二參考感測器之一第二端子處之一第二電壓；提供一第五電流至一第二主動感測器之一第一端子；在該第二電壓下驅動該第二主動感測器之一第二端子；將該第二主動感測器曝露於感測器影像；及量測自該第二主動感測器之該第一端子至一讀出元件之輸入之一第六電流。
在上述方法之各者之一些態樣中，方法包含：將提供第一電流之一第一電流源與參考感測器電解耦合；將提供第四電流之第一電流源耦合至第二參考感測器；將提供第二電流之一第二電流源與主動感測器電解耦合；及將提供第五電流之第二電流源耦合至第二主動感測器。
在上述方法之各者之一些態樣中，方法進一步包含：判定由讀出元件之輸入產生之一偏移；及在量測至讀出元件之輸入之電流之前取消偏移。
在上述方法之各者之一些態樣中，讀出元件之一輸出處之一電壓與參考感測器與主動感測器之間之一阻抗差成比例。
在上述方法之各者之一些態樣中，藉由一運算放大器驅動電壓，且參考感測器之第一端子電耦合至運算放大器之一負輸入。
在上述方法之各者之一些態樣中，方法進一步包含使用一回饋元件自參考感測器之第二端子回饋至該參考感測器之第一端子。
在上述方法之各者之一些態樣中，方法進一步包含：提供一第七電流至一第三參考感測器之一第一端子，該第七電流反映由該第三參考感測器產生之自加熱；及根據該第七電流調整第二電流之一值。
在上述方法之各者之一些態樣中，方法進一步包含對由至一讀出元件之輸入之電流產生之一電壓取樣。
在上述方法之各者之一些態樣中，第一電流及第二電流在量值上相等且在相對於參考感測器及主動感測器之各自第一端子之一相同方向上。
在上述方法之各者之一些態樣中，方法進一步包含將第三電流轉換成讀出元件之一讀出電壓。
在上述方法之各者之一些態樣中，第一電流及第二電流各由自一無熱電壓源及電阻器、一高阻抗無熱電晶體電流源、及一威爾森電流鏡之群組選擇之電流源提供。
在上述方法之各者之一些態樣中，在電壓下驅動主動感測器之第二端子進一步包含自一電壓驅動器之一輸出驅動參考感測器之第二端子及主動感測器之第二端子。
在上述方法之各者之一些態樣中，方法進一步包含：自第一電流導致跨參考感測器之一電壓降；使用輸出至參考感測器之第二端子之一放大器來產生電壓；及將參考感測器之第一端子電耦合至放大器之一負端子。
在上述方法之各者之一些態樣中，參考感測器係一參考輻射熱計像素且主動感測器係一主動輻射熱計像素。
在上述方法之各者之一些態樣中，將主動感測器曝露於感測器影像進一步包含將該主動感測器曝露於LWIR輻射。
在上述方法之各者之一些態樣中，讀出元件包含一積分三角 ADC。
在上述方法之一些態樣中，積分三角 ADC之一第一級包含一CTIA。
在上述方法之各者之一些態樣中，方法進一步包含：將參考感測器曝露於參考感測器及主動感測器共有之一環境條件；及使參考感測器對感測器影像屏蔽。
在上述方法之各者之一些態樣中，在電壓下驅動主動感測器之第二端子進一步包含在主動感測器之第二端子與提供該電壓之一電壓源之間緩衝。
在上述方法之各者之一些態樣中，方法進一步包含：緩衝第一電流；及緩衝第二電流。
在另一態樣中，一種製造一感測器讀出電路之方法包含：提供包含一輸入之一讀出元件；提供一第一電流源；提供一第二電流源；提供包含一輸出之一電壓驅動器；提供包含一第一端子及一第二端子之一參考感測器；將該參考感測器之該第一端子電耦合至該第一電流源；將該參考感測器之該第二端子電耦合至該電壓驅動器之該輸出；提供包含一第一端子及一第二端子之一主動感測器，該主動感測器經組態以曝露於一感測器影像；將該主動感測器之該第一端子電耦合至該第二電流源及該讀出元件之該輸入；及將該主動感測器之該第二端子電耦合至該電壓驅動器之該輸出。
在上述製造方法之一些態樣中，第一電流源及第二電流源係恆定電流源。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，電壓驅動器經組態以產生主動感測器之一偏壓電壓。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，主動感測器進一步經組態以在該主動感測器曝露於感測器影像時改變自該主動感測器之第一端子至讀出元件之輸入之一電流。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，主動感測器進一步經組態以在該主動感測器曝露於感測器影像時改變該主動感測器之一阻抗。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，參考感測器係一參考輻射熱計像素且主動感測器係一主動輻射熱計像素。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，製造方法進一步包含：提供包含一第一端子及一第二端子之一第二參考感測器；將該第二參考感測器之該第一端子電耦合至第一電流源；將該第二參考感測器之該第二端子電耦合至電壓驅動器；提供包含一第一端子及一第二端子之一第二主動感測器，該第二主動感測器經組態以曝露於感測器影像；將該主動感測器之該第一端子電耦合至第二電流源；將該主動感測器之該第二端子電耦合至該電壓驅動器之輸出，且該第二主動感測器經組態以改變自該主動感測器之該第一端子至讀出元件之輸入之一電流；及提供經組態以選擇性地將該參考感測器電耦合至該第一電流源之一第一開關；提供經組態以選擇性地將該主動感測器電耦合至該第二電流源之一第二開關；提供經組態以選擇性地將該第二參考感測器電耦合至該第一電流源之一第三開關；及提供經組態以選擇性地將該第二主動感測器電耦合至該第二電流源之一第四開關。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，製造方法進一步包含提供經組態以移除一偏移之一CDS電路。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，讀出元件經組態以產生與參考感測器與主動感測器之間之一阻抗差成比例之一電壓。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，製造方法進一步包含：提供一運算放大器；及將一運算放大器之一輸出電耦合至參考感測器之第二端子。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，製造方法進一步包含：提供一回饋元件；及將該回饋元件電耦合至參考感測器之第一端子及第二端子。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，製造方法進一步包含：提供包含一第一端子及一第二端子之一第三參考感測器；將該第三參考感測器之該第二端子電耦合至電壓驅動器之輸出；提供經組態以輸出反映由該第三參考感測器產生之自加熱之一第七電流的一第三電流源，其中第二電流之一值根據該第七電流調整；及將該第三電流源電耦合至該第三參考感測器之該第一端子。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，製造方法進一步包含提供一ADC，該ADC經組態以對自第一端子至讀出元件之輸入之電流之變化進行取樣。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，第一電流源及第二電流源經組態以在相對於各自第一端子之一相同方向上輸出相等量值之電流。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，讀出元件包含一CTIA。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，從一無熱電壓源及電阻器、一高阻抗無熱電晶體電流源、及一威爾森電流鏡之群組選擇第一電流源及第二電流源。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，製造方法進一步包含：提供輸出至參考感測器之第二端子之一放大器；及將該參考感測器之第一端子電耦合至該放大器之一負輸入，其中第一電流源經組態以跨該負輸入及輸出產生一電壓降。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，參考感測器係一參考輻射熱計像素且主動感測器係經組態以偵測LWIR輻射之一輻射熱計像素。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，讀出元件包含一積分三角 ADC。
在上述製造方法之一些態樣中，積分三角 ADC之一第一級包含一CTIA。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，參考感測器對一感測器影像屏蔽。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，製造方法進一步包含：提供一電壓隨耦器；及將該電壓隨耦器電耦合在電壓驅動器之輸出與主動感測器之第二端子之間。
在上述製造方法之各者之一些態樣中，製造方法進一步包含：提供包含一第一電流緩衝器及一第二電流緩衝器之兩個或更多個電流緩衝器；將該第一電流緩衝器電耦合在第一電流源與參考感測器之間；及將該第二電流緩衝器電耦合在第二電流源與主動感測器之間。
在一個態樣中，一種感測器電路包含：複數個主動感測器，其等曝露於一感測器影像且共用一偏壓電壓節點；一校準讀出元件；及一校準感測器，其對感測器影像屏蔽且包含電耦合至該偏壓電壓節點之一第一端子及電耦合至該校準讀出元件之一第二端子。
在上述電路之一些態樣中，校準感測器之一阻抗與複數個主動感測器之一主動感測器之一阻抗相同，且其中該校準感測器之一電載子計數大於該主動感測器之一電載子計數。
在上述電路之一些態樣中，感測器電路進一步包含：一讀出元件，其對應於複數個主動感測器之一主動感測器且經組態以量測該主動感測器之一讀出電壓，其中校準讀出元件經組態以量測校準感測器之一讀出電壓，且感測器電路經電耦合至：一處理器；及一記憶體，其包含指令，該等指令在由該處理器執行時導致該處理器執行一方法，該方法包含：接收主動感測器之讀出電壓；接收校準感測器之讀出電壓；及運算(1)主動感測器之讀出電壓與(2)校準感測器之讀出電壓之間之一差，該差藉由校準感測器之一阻抗與主動感測器之一阻抗之間之一比率加權。
在上述電路之一些態樣中，比率係1。
在上述電路之一些態樣中，比率與溫度無關。
在上述電路之一些態樣中，感測器電路進一步包含：一讀出元件，其對應於複數個主動感測器之一主動感測器且經組態以量測該主動感測器之一讀出電壓，其中感測器電路經電耦合至：一處理器；及包含指令之一記憶體，該等指令在由該處理器執行時導致一或多個處理器執行一方法，該方法包含：接收對應於一閉合快門之一第一讀出電壓；接收對應於一敞開快門之一第二讀出電壓；及運算在(1)第一讀出電壓與(2)第二讀出電壓之間之與由感測器影像導致之主動感測器之一阻抗差成比例的一差。
在上述電路之一些態樣中，複數個讀出元件包含複數個ADC。
在上述電路之一些態樣中，校準感測器及複數個主動感測器係由具有一相同熱阻抗係數(TCR)之材料製成。
在上述電路之一些態樣中，複數個主動感測器包含複數行主動感測器，電路進一步包含：複數個電流源，其中該複數個電流源之一電流源電耦合至校準感測器之第二端子及校準讀出元件；及複數個讀出元件，其中該複數行主動感測器之各者電耦合至：一對應讀出節點處之該複數個電流源之一對應電流源；及該對應讀出節點處之該複數個讀出元件之一對應讀出元件。
在上述電路之一些態樣中，校準讀出元件包含一類比轉數位轉換器(ADC)。
在上述電路之一些態樣中，複數個主動感測器及校準感測器係輻射熱計，且感測器影像係一熱影像。
在另一態樣中，一種感測器電路包含：一校準電流源，其提供一校準電流；一主動感測器；一讀出元件；一第一開關，其經組態以選擇性地將該主動感測器電耦合至該讀出元件；及一第二開關，其經組態以選擇性地將該校準電流源電耦合至該讀出元件。
在上述電路之一些態樣中，第二開關經組態以在第一開關將主動感測器電耦合至讀出元件時將校準電流源與第一讀出元件電解耦合，且第一開關經組態以在第二開關將校準電流電耦合至讀出元件時將主動感測器與第一讀出元件電解耦合，且感測器電流經電耦合至：一處理器；及一記憶體，其包含指令，該等指令在由該處理器執行時導致該處理器執行一方法，該方法包含：接收主動感測器之一第一讀出電壓；接收由校準電流導致之一第二讀出電壓；及基於(1)第一讀出電壓及(2)第二讀出電壓來運算與主動感測器之一讀出電流成比例之一輸出。
在上述電路之一些態樣中，感測器電路進一步包含：複數個主動感測器，其包含主動感測器；及複數個讀出元件，其包含第一讀出元件及第二讀出元件，該複數個讀出元件之各者電耦合至該複數個主動感測器之一各自主動感測器，其中方法進一步包含：從該複數個讀出元件之一讀出元件接收該各自主動感測器之一第一讀出電壓；接收由一各自讀出元件上之校準電流導致之一第二讀出電壓；及基於(1)該各自感測器之該讀出電壓及(2)由該各自讀出元件上之該校準電流導致之該第二讀出電壓來運算與該各自主動感測器之一讀出電流成比例之一各自輸出。
在上述電路之一些態樣中，感測器電路進一步包含屬於與第一主動感測器相同之一行之一第二主動感測器，其中方法進一步包含，在運算第一輸出之後：接收該第二主動感測器之一第三讀出電壓；及基於(1)該第三讀出電壓及(2)由校準電流導致之第二讀出電壓來運算與第四主動感測器之一讀出電流成比例之一第二輸出。
在上述電路之一些態樣中，由校準電流導致之相同行上之第二讀出電壓之連續接收之間之時間係一校準週期。
在上述電路之一些態樣中，校準週期係1秒。
在上述電路之一些態樣中，校準週期基於讀出元件之漂移。
在上述電路之一些態樣中，在第二讀出電壓之連續接收期間讀出不同列。
在上述電路之一些態樣中，感測器電路進一步包含：一第二校準電流源；一第三開關，其經組態以選擇性地將第一校準電流源電耦合至讀出元件；及一第四開關，其經組態以選擇性地將該第二校準電流源電耦合至該讀出元件，且其中在該第三開關將該讀出元件與該第一校準電流源電解耦合時：該第四開關經組態以將該讀出元件電耦合至該第二校準電流源，且方法進一步包含接收由第二校準電流導致之一第三讀出電壓；且輸出進一步基於由該第二校準電流導致之該第三讀出電壓。
在上述電路之一些態樣中，讀出元件包含一ADC。
在上述電路之一些態樣中，感測器電路經電耦合至：一處理器；及一記憶體，其包含指令，該等指令在由該處理器執行時導致一或多個處理器執行一方法，該方法包含：接收對應於一閉合快門之一第一讀出電壓；接收對應於一敞開快門之一第二讀出電壓；及運算在(1)該第一讀出電壓與(2)該第二讀出電壓之間之與由一感測器影像導致之第一主動感測器之一阻抗差成比例的一差。
在上述電路之一些態樣中，主動感測器係曝露於一熱場景之一輻射熱計。
在上述電路之一些態樣中，主動感測器曝露於一感測器影像且與複數個主動感測器共用一偏壓電壓節點，且感測器電路進一步包含：一第二讀出元件；及一校準感測器，其對該感測器影像屏蔽且包含電耦合至該偏壓電壓節點之一第一端子及電耦合至該第二讀出元件之一第二端子。
在另一態樣中，一種計算一感測器電路中之一經校準電壓之方法包含：將一校準感測器之一第一端子電耦合至由複數個主動感測器共用之一偏壓電壓節點；將該校準感測器之一第二端子電耦合至一校準讀出元件；將該複數個主動感測器曝露於一感測器影像；使該校準感測器對該感測器影像屏蔽；運用一讀出元件量測該複數個主動感測器之一主動感測器之一讀出電壓；運用該校準讀出元件量測該校準感測器之一讀出電壓；及將經校準電壓運算為(1)該主動感測器之該讀出電壓與(2)該校準感測器之該讀出電壓之間之一差，該差藉由該校準感測器之一阻抗與該主動感測器之一阻抗之間之一比率加權。
在上述電路之一些態樣中，校準感測器之阻抗與主動感測器之阻抗相同，且其中該校準感測器之一電載子計數大於該主動感測器之一電載子計數。
在上述電路之一些態樣中，比率係1。
在上述電路之一些態樣中，比率與溫度無關。
在上述電路之一些態樣中，校準感測器及主動感測器係由具有一相同TCR之材料製成。
在上述電路之一些態樣中，方法進一步包含：將複數個電流源之一電流源電耦合至校準感測器之第二端子且電耦合至校準讀出元件；將複數個主動感測器行之一行電耦合至讀出元件，該主動感測器行包含主動感測器；及將該複數個電流源之一第二電流源電耦合至該讀出元件。
在上述電路之一些態樣中，方法進一步包含：閉合一快門；運用讀出元件量測對應於閉合快門之一第一讀出電壓；及運用校準讀出元件量測對應於閉合快門之一第二讀出電壓；及在運算經校準電壓之後，運算(1)該經校準電壓與(2a)第一讀出電壓與(2b)第二讀出電壓之間藉由該比率加權之一差之間的一第二差，其中該第二差係一快門校準電壓。
在上述電路之一些態樣中，校準讀出元件包含一ADC。
在上述電路之一些態樣中，讀出元件包含一ADC。
在上述電路之一些態樣中，複數個主動感測器及校準感測器係輻射熱計，且感測器影像係一熱影像。
一些態樣包含一種製造上文電路之方法。
在另一態樣中，一種計算一感測器電路中之一輸出之方法包含：將一讀出元件電耦合至一主動感測器；運用該讀出元件量測該主動感測器之一第一讀出電壓；將該讀出元件與該主動感測器電解耦合；將一校準電流電耦合至該讀出元件；運用該讀出元件量測由該校準電流導致之一第二讀出電壓；及基於(1)該第一讀出電壓及(2)該第二讀出電壓來運算輸出，該輸出與該主動感測器之一讀出電流成比例。
在上述方法之一些態樣中，方法進一步包含：將複數個主動感測器之一各自主動感測器電耦合至複數個讀出元件之一讀出元件；運用該各自讀出元件量測該各自主動感測器之一第一讀出電壓；將該各自讀出元件與該各自主動感測器電解耦合；將校準電流電耦合至該各自讀出元件；運用該各自讀出元件量測由該各自讀出元件上之該校準電流導致之一第二讀出電壓；及基於(1)該各自主動感測器之該第一讀出電壓及(2)由該校準電流導致之該第二讀出電壓來運算與該各自主動感測器之一讀出電流成比例之一輸出。
在上述方法之一些態樣中，方法進一步包含，在運算第一輸出之後：將校準電流源與讀出元件電解耦合；將該讀出元件電耦合至一第二主動感測器，該第二主動感測器屬於與第一主動感測器相同之一行；運用該讀出元件量測該第二主動感測器之一第三讀出電壓；及基於(1)該第三讀出電壓及(2)由該校準電流導致之第二讀出電壓來運算與該第二主動感測器之一讀出電流成比例之一第二輸出。
在上述方法之一些態樣中，由校準電流導致之相同行上之第二讀出電壓之連續量測之間之時間係一校準週期。
在上述方法之一些態樣中，校準週期係1秒。
在上述方法之一些態樣中，校準週期基於讀出元件之漂移。
在上述方法之一些態樣中，在第二讀出電壓之連續量測期間讀出不同列。
在上述方法之一些態樣中，方法進一步包含：將讀出元件與第一校準電流源電解耦合；將該讀出元件電耦合至一第二校準電流源；及用該讀出元件量測由該讀出元件上之該第二校準電流導致之一第三讀出電壓，其中輸出進一步基於由該第二校準電流導致之該第三讀出電壓。
在上述方法之一些態樣中，讀出元件包含一ADC。
在上述方法之一些態樣中，方法進一步包含：閉合一快門；運算對應於一閉合快門之輸出；及運算在(1)對應於一敞開快門之輸出與(2)對應於閉合快門之輸出之間之與由一感測器影像導致之主動感測器之一阻抗差成比例的一差。
在上述方法之一些態樣中，主動感測器係曝露於一熱場景之一輻射熱計。
在上述方法之一些態樣中，方法進一步包含：將讀出元件與校準電流源電解耦合；將一第二讀出元件電耦合至該校準電流源；用該第二讀出元件量測由校準電流導致之一第三讀出電壓；將該第二讀出元件與該校準電流源電解耦合；將一校準感測器之一第一端子電耦合至由複數個主動感測器及該主動感測器共用之一偏壓電壓節點；將該校準感測器之一第二端子電耦合至該第二讀出元件；將該複數個主動感測器及該主動感測器曝露於一感測器影像；使該校準感測器對感測器影像屏蔽；用該第二讀出元件量測該校準感測器之一第四讀出電壓；基於該第三讀出電壓及該第四讀出電壓來運算一第二輸出；及運算(1)第一輸出與(2)該第二輸出之間之一差，該差藉由該校準感測器之一阻抗與該主動感測器之一阻抗之間之一比率加權。
在一個態樣中，一種感測器電路包含：複數個感測器像素，其等各自經組態以儲存一電荷；一積分三角 ADC，其經組態以接收各感測器之電荷；及複數個開關，其等經組態以將該複數個感測器像素之各者循序地耦合至該積分三角 ADC，各開關對應於該複數個感測器像素之一各自者。
在上述電路之一些態樣中，感測器電路不包含電定位在複數個感測器像素與積分三角 ADC之間的一CTIA。
在上述電路之一些態樣中，感測器電路進一步包含電定位在複數個感測器與積分三角 ADC之間的一可變電阻器，其中複數個開關經組態以將複數個感測器像素之各者循序地耦合至該可變電阻器。
在上述電路之一些態樣中，可變電阻器在一放電時間窗期間具有一線性減小電阻；可變電阻器在放電時間窗結束時處於一最低電阻；且可變電阻器在放電時間窗開始與結束之間具有比最低電阻更高之一電阻。
在上述電路之一些態樣中，可變電阻器係一MOS電晶體；且用電耦合至MOS電晶體之一控制電壓來控制MOS電晶體之初始電阻、線性減小電阻及最低電阻。
在上述電路之一些態樣中，放電時間窗在10微秒與1毫秒之間。
在上述電路之一些態樣中，在第一放電時間窗期間，一第一開關電耦合一第一感測器像素及積分三角 ADC；在一第二放電時間窗期間，一第二開關電耦合一第二感測器像素及積分三角 ADC；且第一放電時間窗及第二放電時間窗對應於第一感測器像素及第二感測器像素之讀出時間。
在上述電路之一些態樣中，在放電時間窗期間，可變電阻器之一恆定電流係可變電阻器之一初始電壓除以初始電阻。
在上述電路之一些態樣中，一開關在一各自放電時間窗期間電耦合一各自感測器像素及可變電阻器，放電時間窗等於感測器像素之一電容乘以可變電阻器之一初始電阻。
在上述電路之一些態樣中，可變電阻器包含一加權電阻器庫；該加權電阻器庫包含選擇性地並聯或串聯電耦合的複數個電阻器；且選擇性電耦合電阻器之組合之電阻包含一放電時間窗開始時之一初始電阻、一線性減小電阻、及一最低電阻。
在上述電路之一些態樣中，一感測器像素包含一x射線感測器光二極體且電荷指示x射線感測器光二極體曝露於x射線。
在上述電路之一些態樣中，一感測器像素包含儲存電荷的一儲存電容器且感測器像素曝露於x射線產生儲存於儲存電容器中之電荷。
在上述電路之一些態樣中，感測器電路進一步包含第二複數個感測器像素及一第二積分三角 ADC，其中該第二複數個感測器像素經組態以循序地耦合至該第二積分三角 ADC且第一複數個感測器像素及該第二複數個感測器像素屬於一相同行。
在上述電路之一些態樣中，第一複數個感測器像素及第二複數個感測器像素之數目相等。
在上述電路之一些態樣中，在一第一列時間，同時讀出第一複數個感測器像素之一第一感測器像素及第二複數個感測器像素之一第二感測器像素。
在上述電路之一些態樣中，積分三角 ADC之一輸入電流係恆定的。
在上述電路之一些態樣中，感測器電路進一步包含經組態以從積分三角 ADC接收一信號的一數位濾波器。
一些態樣包含一種製造上文電路之方法。
在一個態樣中，一感測器電路包含複數個感測器像素、一積分三角 ADC、及複數個開關，各開關對應於該複數個感測器像素之一各自者；該感測器電路之一讀出方法包含：將各自電荷儲存於該複數個感測器像素之各者中；使用該複數個開關將該複數個感測器像素之各者循序地電耦合至該積分三角 ADC；及在該積分三角 ADC處循序地接收各感測器像素之各自電荷。
在上述方法之一些態樣中，感測器電路不包含電定位在複數個感測器像素與積分三角 ADC之間的一CTIA且各感測器像素之各自電荷未由CTIA接收。
在上述方法之一些態樣中，感測器電路進一步包含電定位在複數個感測器像素與積分三角 ADC之間的一可變電阻器且方法進一步包含使用複數個開關將複數個感測器像素之各者循序地電耦合至積分三角 ADC進一步包含使用複數個開關將複數個感測器像素之各者循序地電耦合至可變電阻器。
在上述方法之一些態樣中，方法進一步包含在一放電時間窗期間線性地減小可變電阻器之一電阻，其中：該可變電阻器在該放電時間窗結束時處於一最低電阻；且該可變電阻器在該放電時間窗開始與結束之間具有比該最低電阻更高之一電阻。
在上述方法之一些態樣中，可變電阻器係電耦合至一控制電壓之一MOS電晶體且線性地減小可變電阻器之電阻進一步包含用控制電壓來驅動MOS電晶體以產生初始電阻、線性減小電阻及最低電阻。
在上述方法之一些態樣中，放電時間窗在10微秒與1毫秒之間。
在上述方法之一些態樣中，使用複數個開關將複數個感測器像素之各者循序地電耦合至積分三角 ADC進一步包含：在第一放電時間窗期間，將一第一開關電耦合至一第一感測器像素及積分三角 ADC；在一第二放電時間窗期間，將一第二開關電耦合至一第二感測器像素及該積分三角 ADC，其中該第一放電時間窗及該第二放電時間窗對應於該第一感測器像素及該第二感測器像素之讀出時間。
在上述方法之一些態樣中，在放電時間窗期間，可變電阻器之一恆定電流係可變電阻器之一初始電壓除以初始電阻。
在上述方法之一些態樣中，使用複數個開關將複數個感測器像素之各者循序地電耦合至積分三角 ADC進一步包含在一各自放電時間窗期間將一開關電耦合至一各自感測器像素及可變電阻器；且放電時間窗等於感測器像素之一電容乘以可變電阻器之一初始電阻。
在上述方法之一些態樣中，可變電阻器包含一加權電阻器庫；該加權電阻器庫包含選擇性地並聯或串聯電耦合的複數個電阻器；且方法進一步包含藉由選擇性地電耦合電阻器而將複數個電阻器之組合之電阻從一放電時間窗開始時之一初始電阻線性地減小至該放電時間窗結束時之一最低電阻。
在上述方法之一些態樣中，一感測器像素包含一x射線感測器光二極體且電荷指示x射線感測器光二極體曝露於x射線。
在上述方法之一些態樣中，將各自電荷儲存於複數個感測器像素之各者中進一步包含：將該複數個感測器像素之各者曝露於x射線且產生該各自電荷；及將各自電荷儲存於該複數個感測器像素之各者之一儲存電容器中。
在上述方法之一些態樣中，感測器電路進一步包含屬於與第一複數個感測器像素相同之一行的第二複數個感測器像素、第二複數個開關、及一第二積分三角 ADC，方法進一步包含：使用該第二複數個開關將複數個感測器像素之各者循序地電耦合至該第二積分三角 ADC；及在該第二積分三角 ADC處循序地接收該第二複數個感測器像素之各感測器像素之各自電荷。
在上述方法之一些態樣中，第一複數個感測器像素及第二複數個感測器像素之數目相等。
在上述方法之一些態樣中，在一第一列時間：第一積分三角 ADC接收第一複數個感測器像素之一第一感測器像素之一第一各自電荷；且第二積分三角 ADC接收第二複數個感測器像素之一第二感測器像素之一第二各自電荷。
在上述方法之一些態樣中，積分三角 ADC接收一恆定電流。
通常，如本文中使用，術語「實質上」用來描述理想地具有一精確品質(例如，固定、相同、均勻、相等、類似、成比例)但實務上具有功能上等效於精確品質之品質的(若干)元件或(若干)量。舉例而言，只要偏差在系統之一容限(例如，精確度要求等)內，被描述為實質上固定或均勻之一元件或量可偏離固定或均勻值。作為另一實例，只要差異在不會在功能上影響一系統的操作之一容限內，描述為實質上相等之兩個元件或量可近似相等。
同樣地，儘管在無術語「實質上」之情況下在一絕對意義上描述一些元件或量，然應瞭解，此等元件及量可具有功能上等效於絕對描述之品質。舉例而言，在一些實施例中，比率被描述為1。然而，應瞭解，只要比率在系統之一容限(例如，精確度要求等)內，比率可大於或小於1。
如本文中使用，「實質上相同」感測器產生對一給定刺激之一類似回應。舉例而言，「實質上相同」輻射熱計針對一給定溫度變化產生一類似電阻變化。
儘管已參考隨附圖式充分地描述所揭示之實施例，然應注意，熟習此項技術者將明白各種改變及修改。此等改變及修改應理解為包含在如藉由隨附發明申請專利範圍定義之所揭示之實施例之範疇內。
本文中之各項所描述實施例之描述中使用之術語僅出於描述特定實施例之目的且不意欲係限制性的。如在各項所描述實施例及隨附發明申請專利範圍之描述中使用，單數形式「一」、「一個」及「該」意欲亦包含複數形式，除非上下文另有明確指示。亦將瞭解，如本文中使用之術語「及/或」指代且涵蓋相關聯列出品項之一或多者之任何及全部可能組合。將進一步瞭解，術語「包含(includes)」、「包含(including)」、「包括(comprises)」及/或「包括(comprising)」在用於此說明書中時指定存在陳述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其等之群組。
100:感測器讀出電路 102:讀出元件 103:輸入 104:第一電流源 106:第二電流源 108:電壓驅動器 109:輸出 110:參考感測器 110a:第一端子 110b:第二端子 112:主動感測器 112a:第一端子 112b:第二端子 120:參考電位 200:方法 202:步驟 204:步驟 206:步驟 208:步驟 210:步驟 212:步驟 300:讀出電路 302:讀出元件 303:輸入 304:第一電流源 306:第二電流源 308:電壓驅動器 309:輸出 310:參考感測器 310b:第二端子 312:主動感測器 312b:第二端子 318:電壓隨耦器 320:第二參考感測器 320a:第一端子 320b:第二端子 322:第二主動感測器 322a:第一端子 322b:第二端子 330:第一開關 332:第二開關 334:第三開關 336:第四開關 338:回饋元件 400:方法 402:步驟 404:步驟 406:步驟 408:步驟 410:步驟 412:步驟 500:讀出電路 503:輸入 504:第一電流源 506:第二電流源 508:電壓驅動器 510:參考感測器 512:主動感測器 512b:第二端子 520:參考電位 530:級 534:正端子 536:輸出 540:電容器 550:第一電流緩衝器 552:第二電流緩衝器 600:讀出電路 606:第二電流源/電流 608:第三電流源/電流 612:主動感測器 616:回饋迴路 630:第三參考感測器 630a:第一端子 630b:第二端子 700:方法 702:步驟 704:步驟 800:讀出電路 808:電壓驅動器 809:偏壓電壓輸出 810:電流源 840:參考感測器 900:感測器讀出系統 902:感測器讀出電路 904:類比轉數位轉換器(ADC) 1000:感測器讀出電路 1002a:讀出元件 1002b:讀出元件 1004a:電流源 1004b:電流源 1004c:電流源 1006:電壓驅動器 1008a:參考感測器 1008b:參考感測器 1010a:主動感測器 1010b:主動感測器 1010c:主動感測器 1010d:主動感測器 1012:偏壓電壓節點 1014a:列控制件 1014b:列控制件 1016a至1016h:開關 1100:感測器校準電路 1102:校準感測器 1104:校準讀出元件 1106:電流源 1108:偏壓電壓節點 1110:感測器讀出電路 1200:方法 1202:步驟 1204:步驟 1206:步驟 1208:步驟 1210:步驟 1212:步驟 1214:步驟 1300:感測器校準電路 1302a:校準電流源 1302b:校準電流源 1304a至1304f:開關 1310 :感測器讀出電路 1310a:區段 1310b:區段 1312a:第一行 1312b:第二行 1400:方法 1402:步驟 1404:步驟 1406:步驟 1408:步驟 1410:步驟 1412:步驟 1500:校準電路 1510:感測器讀出電路 1520:校準感測器電路 1530:校準電流電路 1600:感測器校準電路 1610a:區段 1610b:區段 1620:校準感測器電路 1630:校準電流電路 1700:方法 1702:步驟 1704:步驟 1706:步驟 1708:步驟 1710:步驟 1712:步驟 1714:步驟 1716:步驟 1718:步驟 1720:步驟 1722:步驟 1800:感測器影像 1810:水平雜訊圖案 1820:垂直雜訊圖案 1850:感測器影像 1900:感測器電路 1902a:感測器 1902b:感測器 1902c:感測器 1902d:感測器 1904a:開關 1904b:開關 1904c:開關 1904d:開關 1906:類比轉數位轉換器(ADC) 1950:感測器電路 1952a:感測器 1952b:感測器 1952c:感測器 1952d:感測器 1954a:開關 1954b:開關 1954c:開關 1954d:開關 1956:類比轉數位轉換器(ADC) 1958:可變電阻器 1960:控制電壓 2000:感測器電路 2002a:感測器 2002b:感測器 2004a:讀出電路 2004b:讀出電路 2006A至2006N:行 2050:感測器電路 2052a:感測器 2052b:感測器 2052C:感測器 2052d:感測器 2054a:讀出電路 2054b:讀出電路 2054c:讀出電路 2054d:讀出電路 2056A至2056N:行 2200:方法 2202:步驟 2204:步驟 2206:步驟 2208:步驟 2210:步驟 2212:步驟 2214:步驟 2216:步驟 2300:感測器 2302:感測器像素 2304:結構 2306:玻璃基板
圖1圖解說明根據一實施例之一感測器讀出電路。
圖2圖解說明根據一實施例之一感測器讀出方法。
圖3圖解說明根據一實施例之一感測器讀出電路。
圖4圖解說明根據一實施例之一感測器讀出方法。
圖5圖解說明根據一實施例之一感測器讀出電路。
圖6圖解說明根據一實施例之一感測器讀出電路。
圖7圖解說明根據一實施例之電流調整之一方法。
圖8圖解說明根據一實施例之一感測器偏壓電路。
圖9圖解說明根據一實施例之一感測器讀出系統。
圖10圖解說明根據一實施例之一感測器讀出電路。
圖11圖解說明根據本發明之實例之一感測器校準電路。
圖12圖解說明根據本發明之實例之感測器校準之一方法。
圖13圖解說明根據本發明之實例之一感測器校準電路。
圖14圖解說明根據本發明之實例之感測器校準之一方法。
圖15圖解說明根據本發明之實例之一感測器校準電路。
圖16圖解說明根據本發明之實例之一感測器校準電路。
圖17圖解說明根據本發明之實例之感測器校準之一方法。
圖18A及圖18B圖解說明根據本發明之實例之例示性感測器影像。
圖19A及圖19B圖解說明根據本發明之實例之例示性感測器電路。
圖20A及圖20B圖解說明根據本發明之實例之例示性感測器電路。
圖21A至圖21D圖解說明根據本發明之實例之例示性輸入。
圖22圖解說明根據本發明之實例之製造MEMS產品之一方法。
圖23圖解說明根據本發明之實例之一輻射熱計。
100:感測器讀出電路
102:讀出元件
103:輸入
104:第一電流源
106:第二電流源
108:電壓驅動器
109:輸出
110:參考感測器
110a:第一端子
110b:第二端子
112:主動感測器
112a:第一端子
112b:第二端子
120:參考電位

Claims (17)

  1. 一種系統，其包括： 一玻璃基板； 一感測器陣列，其包括一參考感測器及一主動感測器，其中： 該感測器陣列安置在該玻璃基板上，及 該主動感測器經組態以曝露於一感測器影像；及 一讀出電路，其包括一電壓驅動器，其中： 該讀出電路電耦合至該感測器陣列， 該電壓驅動器經組態以經由該電壓驅動器之一輸出提供一偏壓電壓， 該電壓驅動器之該輸出經組態以電耦合至該參考感測器， 基於透過該參考感測器之一電流及該參考感測器之一阻抗產生該偏壓電壓，及 該主動感測器經組態以電耦合至該電壓驅動器之該輸出。
  2. 如請求項1之系統，其進一步包括電耦合至該電壓驅動器之該輸出之一校準感測器，其中該校準感測器之一電載子計數大於該主動感測器之一電載子計數。
  3. 如請求項2之系統，其中該校準感測器之一阻抗等於該主動感測器之一阻抗。
  4. 如請求項2之系統，其進一步包括一第二校準感測器，其電耦合至該電壓驅動器之該輸出。
  5. 如請求項2之系統，其中一校準感測器材料之一熱阻抗係數(TCR)等於一主動感測器材料之一TCR。
  6. 如請求項1之系統，其中： 該主動感測器與該感測器影像之一像素相關聯，及 基於當曝露於該感測器影像時該主動感測器之一電壓及該校準感測器之一經加權電壓之一差判定與該像素相關聯之一讀出電壓。
  7. 如請求項6之系統，其中該校準感測器之該經加權電壓為該校準感測器之該電壓。
  8. 如請求項1之系統，其進一步包括一可調整電流源，其經組態以電耦合至該主動感測器。
  9. 如請求項8之系統，其進一步包括一讀出元件，其經組態以電耦合至該主動感測器，其中該可調整電流源經組態以調整提供給該讀出元件之該主動感測器之一電壓。
  10. 如請求項1之系統，其中： 該主動感測器與該感測器影像之一像素相關聯，及 基於在一第一條件時該主動感測器之一電壓與在一第二條件時該主動感測器之一電壓之一差判定與該像素相關聯之一讀出電壓。
  11. 如請求項10之系統，其進一步包括一快門，其中： 該第一條件包括當開快門敞開時該主動感測器曝露於該感測器影像，及 該第二條件包括當開快門閉合時該主動感測器不曝露於該感測器影像。
  12. 如請求項1之系統，其中該讀出元件進一步包括一積分三角類比轉數位轉換器。
  13. 如請求項1之系統，其中該讀出元件經由一撓曲附件電耦合至該感測器陣列。
  14. 一種操作一系統之方法，該系統包括： 一玻璃基板； 一感測器陣列，其包括一參考感測器及一主動感測器，其中該感測器陣列安置在該玻璃基板上；及 一讀出電路，其包括一電壓驅動器，其中該讀出電路電耦合至該感測器陣列， 其中該方法包括： 將一感測器影像曝露於該主動感測器； 將該電壓驅動器之一輸出電耦合至該參考感測器； 將該電壓驅動器之該輸出電耦合至該主動感測器； 基於透過該參考感測器之一電流及該參考感測器之一阻抗產生一偏壓電壓；及 經由該電壓驅動器之該輸出提供該偏壓電壓。
  15. 一種製造一系統之方法，其包括： 提供一玻璃基板； 提供一感測器陣列，其包括一參考感測器及一主動感測器，其中該主動感測器經組態以曝露於一感測器影像； 將該感測器陣列安置在該玻璃基板上； 提供一讀出電路，其包括一電壓驅動器；及 將該讀出電路電耦合至該感測器陣列，其中： 該電壓驅動器經組態以經由該電壓驅動器之一輸出提供一偏壓電壓， 該電壓驅動器之該輸出經組態以電耦合至該參考感測器， 基於透過該參考感測器之一電流及該參考感測器之一阻抗產生該偏壓電壓，及 該主動感測器經組態以電耦合至該電壓驅動器之該輸出。
  16. 如請求項15之方法，其中該讀出電路進一步包括一積分三角類比轉數位轉換器。
  17. 如請求項15之方法，其中該讀出電路經由一撓曲附件電耦合至該感測器陣列。
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