一种红外焦平面像素级数字化读出电路及方法

技术特征：
1.一种红外焦平面像素级数字化读出电路，其特征在于，包括为参考像元提供偏置电压的所述参考探测电桥以及为相邻所述参考像元的旁像元提供偏置电压的所述探测电桥矩阵，所述探测电桥矩阵包括若干个独立设置的探测电桥支路，任一所述探测电桥支路可分别通过开关与所述参考探测电桥构成电桥结构；所述参考探测电桥独立工作，所述参考探测电桥将含有探测信息的电流输送到所述运放复用电路；所述参考探测电桥非独立工作时，将所述探测电桥支路与所述参考探测电桥的电流之差输送到所述运放复用电路；还包括运放复用电路和信号锁存电路，所述运放复用电路可以在电容跨导放大器模式和比较器模式之间进行切换；电容跨导放大器模式对所述参考探测电桥或所述探测电桥矩阵输出的电流进行积分；比较器模式对积分电压和斜坡电压进行比较，并将结果作为锁存使能信号输出给所述信号锁存电路，所述信号锁存电路的锁存信号为bitx信号。2.根据权利要求1所述的一种红外焦平面像素级数字化读出电路，其特征在于，所述参考探测电桥包括第一盲像元r
b
、第一pmos晶体管mp
eb
、第一nmos晶体管mn
sel
、第二nmos晶体管mn
fid
、第一探测像元r
s
、第三开关s3和第四开关s4，所述第一盲像元r
b
的一端与第一偏置电压vsk连接，所述第一盲像元r
b
的另一端与所述第一pmos晶体管mp
eb
的源极连接，所述第一pmos晶体管mp
eb
的漏极与所述第一nmos晶体管mn
sel
的漏极连接，所述第一nmos晶体管mn
sel
的源极与所述第二nmos晶体管mn
fid
的漏极连接，所述第二nmos晶体管mn
fid
的漏极通过所述第三开关s3与所述第二nmos晶体管mn
fid
的栅极连接，所述第二nmos晶体管mn
fid
的栅极通过所述第四开关s4与第二偏置电压v
fid
连接，所述第二nmos晶体管mn
fid
的源极与所述第一探测像元r
s
的一端连接，所述第一探测像元r
s
的另一端与电源地gnd连接，所述第一pmos晶体管mp
eb
的栅极与第三偏置电压v
eb
连接。3.根据权利要求2所述的一种红外焦平面像素级数字化读出电路，其特征在于，所述参考探测电桥的输出端为所述第一nmos晶体管mn
sel
的漏极，所述参考探测电桥独立工作时，设置在所述参考探测电桥与所述探测电桥矩阵之间的开关断开，所述运放复用电路的输入电流值的大小为流过所述第一盲像元r
b
电流和流过所述第一探测像元r
s
电流之间的差。4.根据权利要求2或3所述的一种红外焦平面像素级数字化读出电路，其特征在于，所述探测电桥矩阵包括若干个结构相同的探测电桥支路，所述探测电桥支路包括第二盲像元r
bi
、第二pmos晶体管mp
ebi
、第三nmos晶体管mn
seli
、第四nmos晶体管mn
fidi
、第二探测像元r
si
、第一开关s1
i
和第二开关s2
i
，所述第二盲像元r
bi
的一端与所述第一偏置电压vsk连接，所述第二盲像元r
bi
的另一端与所述第二pmos晶体管mp
ebi
的源极连接，所述第二pmos晶体管mp
ebi
的漏极与所述第三nmos晶体管mn
seli
的漏极连接，所述第三nmos晶体管mn
seli
的源极与所述第四nmos晶体管mn
fidi
的漏极连接，所述第四nmos晶体管mn
fidi
的源极连接到所述第二探测像元r
si
的一端连接，所述第二探测像元r
si
的另一端与所述电源地gnd连接，所述第二pmos晶体管mp
ebi
的栅极通过所述第一开关s1
i
与所述第一pmos晶体管mp
eb
的栅极连接，所述第四nmos晶体管mn
fidi
的栅极通过所述开关s2
i
连接到所述第二nmos晶体管mn
fid
的栅极。5.根据权利要求4所述的一种红外焦平面像素级数字化读出电路，其特征在于，所述探测电桥支路的输出端为所述第三nmos晶体管mn
seli
的漏极，所述参考探测电桥非独立工作
时，设置在所述参考探测电桥与所述探测电桥矩阵之间的开关闭合，所述运放复用电路的输入电流值的大小为流过所述第二探测像元r
si
和流过所述第一探测像元r
s
的电流之差。6.根据权利要求1所述的一种红外焦平面像素级数字化读出电路，其特征在于，所述运放复用电路包括运算放大器opamp、积分电容c、复位开关rst、第五开关s5、第六开关s6、第七开关s7、第八开关s8、第九开关s9、第十开关s
int1
和第十一开关s
int2
，所述参考探测电桥的输出端通过所述第十开关s
int1
与所述运算放大器opamp的反向输入端连接，所述探测电桥矩阵的输出端通过所述第十一开关s
int2
与所述运算放大器opamp的反向输入端连接，所述运算放大器opamp的同相输入端通过所述第八开关s8与第九开关s9分别与参考电压v
ref
和斜坡电压v
ramp
相连，所述积分电容c与所述复位开关rst并联在所述运算放大器opamp的反相输入端和输出端之间，所述积分电容c与所述复位开关rst的并联链路与所述运算放大器opamp的输出端连接的一端通过所述第五开关s5与所述参考电压v
ref
连接，同时，所述积分电容c与所述复位开关rst的并联链路与所述运算放大器opamp的输出端之间设有所述第六开关s6，所述运算放大器opamp的输出端与所述信号锁存电路通过所述第七开关s7连接。7.一种红外焦平面像素级数字化读出方式，运用权利要求1-6任一所述的读出电路，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、所述运放复用电路对所述参考探测电桥独立工作时的输出电流i
int
(t)进行积分，然后再进行模数转换，并通过所述信号锁存电路依次转换出n位数字码；步骤2、所述运放复用电路对所述参考探测电桥非独立工作时的输出电流i
inti
(t)进行积分，然后再进行模数转换，并通过所述信号锁存电路依次转换出m位数字码，m、n均为正整数，且m≤n；步骤3、调节bitx信号和模数转换的比较次数以调节m的数值大小，使所述参考探测电桥非独立工作时的输出电流i
inti
(t)的积分所转换的数字码的每位数不全为1。8.根据权利要求7所述的一种红外焦平面像素级数字化读出方法，其特征在于，所述运放复用电路包括运算放大器opamp、积分电容c、复位开关rst、第五开关s5、第六开关s6、第七开关s7、第八开关s8、第九开关s9、第十开关s
int1
和第十一开关s
int2
，所述参考探测电桥的输出端通过所述第十开关s
int1
与所述运算放大器opamp的反向输入端连接，所述探测电桥矩阵的输出端通过所述第十一开关s
int2
与所述运算放大器opamp的反向输入端连接，所述运算放大器opamp的同相输入端通过所述第八开关s8与第九开关s9分别与参考电压v
ref
和斜坡电压v
ramp
相连，所述积分电容c与所述复位开关rst并联在所述运算放大器opamp的反相输入端和输出端之间，所述积分电容c与所述复位开关rst的并联链路与所述运算放大器opamp的输出端连接的一端通过所述第五开关s5与所述参考电压v
ref
连接，同时，所述积分电容c与所述复位开关rst的并联链路与所述运算放大器opamp的输出端之间设有所述第六开关s6，所述运算放大器opamp的输出端与所述信号锁存电路通过所述第七开关s7连接。9.根据权利要求8所述的一种红外焦平面像素级数字化读出方法，其特征在于，所述步骤1中，所述运放复用电路对所述参考探测电桥独立工作时的输出电流i
int
(t)进行积分具体为：将所述第六开关s6、所述第八开关s8、第十开关s
int1
闭合，将所述第五开关s5、所述第七开关s7、所述第九开关s9和第十一开关s
int2
断开，使得所述运放复用电路中的积分电容c对所述参考探测电桥的输出电流进行积分；步骤2中，所述运放复用电路对所述参考探测电桥非独立工作时的输出电流i
inti
(t)进
行积分具体为：将所述第六开关s6、所述第八开关s8、第十一开关s
int2
闭合，将所述第五开关s5、所述第七开关s7、所述第九开关s9和第十开关s
int1
断开，使得所述运放复用电路中的积分电容c对所述探测电桥矩阵的输出电流和参考探测电桥的输出电流之差进行积分。10.根据权利要求8或9所述的一种红外焦平面像素级数字化读出方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2中，所述运放复用电路对积分后的电流进行模数转换具体为：所述第六开关s6和所述第八开关s8断开，所述第五开关s5、所述第七开关s7和所述第九开关s9闭合，将积分电容c的积分电压和斜坡电压进行比较。

技术总结
本发明涉及红外焦平面阵列的读出电路技术领域，公开了一种红外焦平面像素级数字化读出电路，包括为参考像元提供偏置电压的所述参考探测电桥以及为相邻所述参考像元的旁像元提供偏置电压的所述探测电桥矩阵，所述探测电桥矩阵包括若干个独立设置的探测电桥支路，任一所述探测电桥支路可分别通过开关与所述参考探测电桥构成电桥结构；还包括运放复用电路和信号锁存电路，本发明还提供了一种红外焦平面像素级数字化读出方式，运用上述的读出电路。本发明减少了读出电路模数转换的数据量，缓解了读出电路大数据量高速输出的问题。缓解了读出电路大数据量高速输出的问题。缓解了读出电路大数据量高速输出的问题。


技术研发人员：蒋亚东 李国栋 刘沛轩 李嘉伟 阙隆成 吕坚
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2022.01.18
技术公布日：2022/4/29