專利名稱：基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于紅外探測器信號讀出應用領域，具體涉及一種基于惠斯通 電橋的差分信號低噪聲的新型紅外讀出電路。
背景技術：
隨著科學技術水平的不斷進步，集成電路設計與制造技術都得到了較 快的發(fā)展，這為紅外讀出電路技術的進一步發(fā)展提供了保障。隨著紅外探 測器在軍事與民用領域應用的不斷深入，人們對紅外探測器在性能上的要 求也越來越高。主要表現(xiàn)在更低的噪聲、更高的靈敏度、更快的響應速度 以及更加豐富的功能等。
而其中最為關鍵的一個性能要求就是更低的噪聲，噪聲水平的高低直 接影響著讀出電路的其它性能，甚至決定了整個紅外探測器的性能。紅外 探測器敏感結構產生的電流或電壓信號本身非常微弱，而伴隨的溫度噪聲、 背景噪聲等通常較大，因此，如何在較大的噪聲環(huán)境中提取微弱的紅外信
號是紅外讀出電路中設計的關鍵所在。
國內外許多國家都在致力于紅外探測器讀出電路的研究，國際上如美
國的Raytheon公司、DRS公司、Flir-Indigo系統(tǒng)公司、日本的NEC以及 以色列的SCD公司、法國的ULIS公司等。國內如昆明211所、上海技術物 理研究所、重慶大學、清華大學、電子科技大學等。
目前最常用的信號讀出電路如圖1所示。圖中RA為紅外探測器敏感結 構部分的電阻，它受到紅外輻射的照射時阻值將發(fā)生變化；Rb的材料特性
與Ra相同，區(qū)別在于Re制作在讀出電路上，且不會受到紅外輻射的照射。
這種電路設計能夠消除一定的溫度噪聲，但是精度不高，不能夠將噪聲降 低到最低水平。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術存在的問題及缺點，進一步降低讀出電 路部分放大器輸入端的噪聲水平，提供一種基于惠斯通電橋的差分信號低 噪聲的新型紅外讀出電路。本發(fā)明通過在讀出電路上再多設計兩個電阻R
和112，與RA和RB構成惠斯通電橋來實現(xiàn)紅外信號的讀出，此種讀出方式比 常規(guī)電路或單端輸入的放大電路具有更高的信噪比和信號變化率AV/V，這
樣可以將紅外探測器的噪聲降低到更低的水平。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路，由Ra、RB、 Ri、 112四個電阻、》丈大電路、積分電路或讀出電^各組成，其特征在于 RA與R2串聯(lián)，RB與R,串聯(lián)，再并聯(lián)構成一個惠斯通電橋，并聯(lián)的兩端(A, B)為惠斯通電橋的電壓輸入端，R,與R2串聯(lián)處為D端，Rb與比串聯(lián)串聯(lián) 處為C端，C、 D兩端為電橋輸出端，分別與放大電路、積分電路或信號讀 出電路相連成回if各。
所述RA電阻為紅外敏感電阻。Rb與Ra具有相同材料特性，當探測器本 身的溫度發(fā)生變化時，Rb與RA將發(fā)生相同的變化，-f旦RB不受紅外輻射的照 射，Rb與Ra的阻植相等。所述Ri、 R2電阻為相同材質制作的電阻，阻值相 等，且I^和R2不受紅外輻射的影響。
本發(fā)明的L為紅外探測器敏感結構的電阻，當紅外探測器收到紅外輻 射照射時，RA的阻值將發(fā)生變化；Rb與Ra具有相同材料特性，當探測器本 身的溫度發(fā)生變化時，Ra與RB將發(fā)生相同的變化，但Rs不受紅外輻射的照 射；K和R2為制作在讀出電路上的兩個相同的電阻，Ri和R2不受紅外輻射 的影響。
RA、 Rb、 Id和R2構成一個惠斯通電橋，A端和B端是電橋的電壓輸入端， C端和D端是惠斯通電橋的信號輸出端，也是放大電路、積分電路或信號 讀出電路的信號輸入端。在沒有紅外輻射的照射情況，即使環(huán)境溫度和探 測器自身的溫度發(fā)生改變，電橋的靜態(tài)平衡點基本保持不變，C、 D兩端的 輸出信號為零；當有紅外輻射照射時，電橋將不平衡，C、 D兩端的輸出信 號即為紅外信號。此時輸出的紅外信號的噪聲將更小。
目前的紅外探測器已經發(fā)展稱為焦平面陣列式，因此，既可以在每個 像素下面分別制作RB、 Rj口 R2電阻來構成惠斯通電橋電路，也可以每一列
只使用一個惠斯通電橋電路，這樣可以節(jié)約芯片面積、降低探測器的功耗 與制作成本。
RA、 RB、 Ri和R2都可以利用標準的CMOS工藝來制作。 本發(fā)明通過在讀出電路上再多設計兩個電阻Ri和R2，與Ra和Rb枸成惠
斯通電橋來實現(xiàn)紅外信號的讀出，這樣可以將紅外探測器的噪聲降低到更
低的水平。


圖1為目前正在使用的紅外信號讀出電路示意圖； 圖2為本發(fā)明的紅外信號讀出電路示意圖。
具體實施方式
結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
如圖2所示，本發(fā)明基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路，由L、 RB、R、R2四個電阻、放大電路、積分電路或讀出電路組成，Ra與R2串聯(lián)，RB 與R,串聯(lián)，再并聯(lián)構成一個惠斯通電橋，并聯(lián)的兩端(A, B)為惠斯通電 橋的電壓輸入端，RA與R2串聯(lián)處為D端，Rb與Id串聯(lián)串聯(lián)處為C端，C、 D 兩端為電橋輸出端，分別與放大電路、積分電路或信號讀出電路相連成回 路。所述RA電阻為紅外每文感電阻，Rb與R八具有相同材料特性，當探測器本 身的溫度發(fā)生變化時，Rb與RA將發(fā)生相同的變化，但RB不受紅外輻射的照 射，Rb與Ra的阻但相等。所述電阻為相同材質制作的電阻，阻值相等，且 R!、 R2不受紅外輻射的影響。RA、 Rb、 R,和R2都可以利用標準的CMOS工藝來 制作。
如圖2所示，本發(fā)明由RA、 RB、 Ri、 R2四個電阻、放大電路、積分電路 或其他后續(xù)信號讀出電路組成，Ra與112串聯(lián)，Rb與R,串聯(lián)，再并聯(lián)構成一 個惠斯通電橋，并聯(lián)的兩端U, B)為惠斯通電橋的電壓輸入端，C、 D為 電橋的輸出端，與放大電路、積分電路或信號讀出電路相連。所述Ra屯阻 為紅外敏感電阻，Rb與Ra具有相同材料特性，當探測器本身的溫度發(fā)生變 化時，Rb與RA將發(fā)生相同的變化，但RB不受紅外輻射的照射，Rb與Ra的阻 值相等。所述電阻為相同材質制作的電阻，阻值相等，且R" R2不受紅外 輻射的影響。RA、 Rb、 R,和R2都可以利用標準的CMOS工藝來制作。
本發(fā)明的RA為紅外探測器敏感結構的電阻，當紅外探測器收到紅外輻 射照射時，l的阻值將發(fā)生變化；Rb與Ra具有相同材料特性，當探測器本 身的溫度發(fā)生變化時，Ra與RB將發(fā)生相同的變化，但Rb不受紅外福射的照 射；R和R2為制作在讀出電路上的兩個相同的電阻，Ri和R2不受紅外輻射 的影響。
RA、 RB、 R,和R2構成一個惠斯通電橋，A端和B端是電橋的電壓輸入端， C端和D端是惠斯通電橋的信號輸出端，也是放大器的信號輸入端。在沒 有紅外輻射的照射情況，即使環(huán)境溫度和探測器自身的溫度發(fā)生改變，電 橋的靜態(tài)平衡點基本保持不變，C、 D兩端的輸出信號為零；當有紅外輻射 照射時，電橋將不平衡，C、 D兩端的輸出信號即為紅外信號。此時輸出的 紅外信號的噪聲將更小。
目前的紅外探測器已經發(fā)展稱為焦平面陣列式，因此，既可以在每個 像素下面分別制作RB、 R!和R2電阻來構成惠斯通電橋電路，也可以每一列 只使用一個惠斯通電橋電路，這樣可以節(jié)約芯片面積、降低探測器的功耗 與制作成本。
權利要求
1、基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路，由RA、RB、R1、R2四個電阻、放大電路、積分電路或讀出電路組成，其特征在于RA與R2串聯(lián)，RB與R1串聯(lián)，再并聯(lián)構成一個惠斯通電橋，并聯(lián)的兩端(A，B)為惠斯通電橋的電壓輸入端，RA與R2串聯(lián)處為D端，RB與R1串聯(lián)串聯(lián)處為C端，C、D兩端為電橋輸出端，分別與放大電路、積分電路或信號讀出電路相連成回路。
2、 根據權利要求1所述的基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路，其特 征在于所述RA電阻為紅外敏感電阻，Rb與Ra具有相同材料特性，且阻值相等，Rb不受紅外福射的照射。
3、 根據權利要求1所述的基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路，其特 征在于所述Ri、 R2電阻為相同材質制作的電阻，且阻值相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于惠斯通電橋的新型紅外讀出電路，由R_A、R_B、R₁、R₂四個電阻、放大電路、積分電路或讀出電路組成，其特征在于R_A與R₂串聯(lián)，R_B與R₁串聯(lián)，再并聯(lián)構成一個惠斯通電橋，并聯(lián)的兩端(A，B)為惠斯通電橋的電壓輸入端，R_A與R₂串聯(lián)處為D端，R_B與R₁串聯(lián)串聯(lián)處為C端，C、D兩端為電橋輸出端，分別與放大電路、積分電路或信號讀出電路相連成回路。本發(fā)明通過在讀出電路上再多設計兩個電阻R₁和R₂，與R_A和R_B構成惠斯通電橋來實現(xiàn)紅外信號的讀出，此種讀出方式比常規(guī)電路或單端輸入的放大電路具有更高的信噪比和信號變化率ΔV/V這樣可以將紅外探測器的噪聲降低到更低的水平。
文檔編號G01J5/24GK101551276SQ20091006191
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權日2009年4月30日
發(fā)明者立 黃 申請人:武漢高德紅外股份有限公司