專利名稱：一種紅外焦平面陣列探測器讀出電路的斜波發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外焦平面陣列探測器的讀出電路，尤其涉及一種紅外焦平面陣列探測器讀出電路的斜波發(fā)生器。
背景技術(shù)：
根據(jù)普朗克輻射定理，任何溫度高于絕對零度的物體，其內(nèi)部都會發(fā)生分子熱運動，從而產(chǎn)生波長不等的紅外輻射。紅外輻射具有強(qiáng)度和波長直接與物體表面溫度有關(guān)的重要特征，提供了物體的豐富的信息。但是紅外輻射是一種不可見的電磁波，利用紅外輻射來獲取物體的信息的時候，需要將這種紅外輻射轉(zhuǎn)換為可測量的信號。紅外焦平面陣列探測器就是將紅外輻射轉(zhuǎn)換成可測量的信號的裝置。紅外焦平面陣列探測器通過光電轉(zhuǎn)換、電信號處理等手段將目標(biāo)物體的溫度分布轉(zhuǎn)換成視頻圖像，其具有抗干擾能力強(qiáng)、隱蔽性能好、跟蹤和制導(dǎo)精度高等優(yōu)點，在軍事和民用領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。但是輻出度隨溫度升高而迅速增大而峰值輻射波長向短波方向移動，且任何波長的光譜輻出度都隨溫度的升高而增加。然而，輻出度都隨溫度升高而增加并非是線性的。紅外焦平面陣列探測器在工作時，由于紅外輻射的非線性，目標(biāo)溫度變化對敏感單元溫度的影響是非線性的，經(jīng)過線性Single-Slope ADC的轉(zhuǎn)換后數(shù)字輸出與探測目標(biāo)溫度呈非線性，且低溫時變化緩慢，高溫時變化迅速，因此低溫物體檢測細(xì)節(jié)不清晰，而高溫物體可能過響應(yīng)。此外，由于低溫時響應(yīng)較低，較低的模擬電壓在實際中幾乎不會出現(xiàn)，因此較低的數(shù)字碼成為“死碼”，致使數(shù)字碼的有效利用率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種可以實現(xiàn)分段斜率調(diào)節(jié)、并且能夠避免因為低溫模擬相應(yīng)低造成的數(shù)字碼利用率下降以及非線性紅外焦平面陣列探測器讀出電路的斜波發(fā)生器。本發(fā)明實施例公開的技術(shù)方案包括:
提供了一種紅外焦平面陣列探測器讀出電路的斜波發(fā)生器，其特征在于，包括:開關(guān)控制模塊，所述開關(guān)控制模塊包括數(shù)據(jù)輸入端和η個輸出控制端；斜波發(fā)生電路，所述斜波發(fā)生電路包括η個控制端和數(shù)據(jù)輸出端，所述η個控制端與所述開關(guān)控制模塊的所述η個輸出控制端一一對應(yīng)連接；電壓抬升電路，所述電壓抬升電路包括抬升輸入端和抬升輸出端，所述斜波發(fā)生電路的所述數(shù)據(jù)輸出端連接到所述抬升輸入端；其中η為大于或等于2的自然數(shù)。進(jìn)一步地，所述開關(guān)控制模塊包括m組控制單元，每組控制單元包括η個D觸發(fā)器和η個控制開關(guān)；在每組控制單元中，所述η個D觸發(fā)器的輸出端與所述η個控制開關(guān)一一對應(yīng)連接，并通過所述η個控制開關(guān)一一對應(yīng)連接到所述η個輸出控制端，并且每個D觸發(fā)器的輸入端連接到前一個觸發(fā)器的輸出端，其中每組控制單元中的第I個D觸發(fā)器的輸入端連接到前一組控制單元中的第η個D觸發(fā)器的輸出端，第I組控制單元的第I個D觸發(fā)器的輸入端連接到所述數(shù)據(jù)輸入端；其中m為大于或者等于2的自然數(shù)。進(jìn)一步地，所述斜波發(fā)生電路包括η條充電電路、第一開關(guān)、第二開關(guān)和電容；所述η條充電電路中的每條充電電路包括晶體管和開關(guān)管，所述晶體管的源極連接到系統(tǒng)電源，所述晶體管的漏極連接到所述開關(guān)管的源極，所述開關(guān)管的漏極通過所述第一開關(guān)接地并且通過所述第二開關(guān)連接到所述電容的第一端，所述電容的第二端連接到系統(tǒng)電源；所述電容的第一端連接到所述斜波發(fā)生電路的所述數(shù)據(jù)輸出端；所述η條充電電路中的η個開關(guān)管的柵極與所述η個控制端一一對應(yīng)連接；所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)是相互互補(bǔ)的開關(guān)。進(jìn)一步地，所述斜波發(fā)生電路還包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和第三開關(guān)，所述電容的所述第一端通過所述第三開關(guān)連接到所述第一晶體管的漏極，所述第一晶體管的源極接地，所述第一晶體管的柵極連接到所述第二晶體管的柵極；所述第二晶體管的源極接地，所述第二晶體管的漏極連接到所述第三晶體管的漏極并且連接到所述第二晶體管的柵極；所述第三晶體管的源極連接到系統(tǒng)電源；所述第三開關(guān)和所述第二開關(guān)是相互互補(bǔ)的開關(guān)。進(jìn)一步地，所述電壓抬升電路包括第四晶體管、第五晶體管和數(shù)模轉(zhuǎn)換器；所述抬升輸入端連接到所述第四晶體管的柵極，所述第四晶體管的漏極接地，所述第四晶體管的源極連接到所述抬升輸出端，并且連接到所述第五晶體管的漏極；所述第五晶體管的柵極連接到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述第五晶體管的源極連接到系統(tǒng)電源。本發(fā)明的實施例中，開關(guān)控制模塊中的m組控制單元在m組互不交疊的時鐘分別控制下依次導(dǎo)通，輸出特定時刻所需的n bit輸出控制信號，該輸出控制信號可控制該時刻斜波發(fā)生電路產(chǎn)生的信號的斜率，斜波發(fā)生電路的輸出并且通過電壓抬升電路抬升。因此可以實現(xiàn)分段斜率調(diào)節(jié)，使斜波發(fā)生器的輸出電流逼近擬合曲線，并且避免因為低溫模擬相應(yīng)低造成的數(shù)字碼利用率下降以及非線性。


圖1是本發(fā)明一個實施例的紅外焦平面陣列探測器讀出電路的斜波發(fā)生器的模塊不意圖。圖2是本發(fā)明一個實施例的紅外焦平面陣列探測器讀出電路的斜波發(fā)生器的開關(guān)控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明一個實施例的紅外焦平面陣列探測器讀出電路的斜波發(fā)生器斜波發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明一個實施例的紅外焦平面陣列探測器讀出電路的斜波發(fā)生器電壓抬升電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明一個實施例中的m組互不交疊時鐘的時序圖。圖6是本發(fā)明一個實施例的紅外焦平面陣列探測器讀出電路的斜波發(fā)生器的轉(zhuǎn)換效果示意圖。
具體實施方式
下面將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例。如圖1所示，本發(fā)明的一個實施例中，一種紅外焦平面陣列探測器讀出電路的斜波發(fā)生器包括開關(guān)控制模塊10、斜波發(fā)生電路20和電壓抬升電路30。開關(guān)控制模塊10包括數(shù)據(jù)輸入端和η個輸出控制端。斜波發(fā)生電路20包括η個
控制端和數(shù)據(jù)輸出端，該η個控制端與開關(guān)控制模塊10的η個輸出控制端--對應(yīng)連接。
電壓抬升電路30包括抬升輸入端和抬升輸出端，斜波發(fā)生電路20的數(shù)據(jù)輸出端連接到電壓抬升電路30的抬升輸入端。電壓抬升電路30的抬升輸出端的輸出即為本實施例的斜波發(fā)生器的輸出。下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述開關(guān)控制模塊10、斜波發(fā)生電路20和電壓抬升電路30的具體結(jié)構(gòu)。圖2是本發(fā)明的一個實施例的開關(guān)控制模塊10的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，開關(guān)控制模塊10包括數(shù)據(jù)輸入端Data和η個輸出控制端S0、S1、S2、...、Sn_2和Sn_l。該開關(guān)控制模塊10還包括時鐘輸入端CLK_S。開關(guān)控制模塊10可以包括m組控制單元，每組控制單元包括η個D觸發(fā)器和η個控制開關(guān)(即圖2中的CKO、CK1、…、或者CKm-1)。本發(fā)明的實施例中，每組控制單元中的η個D觸發(fā)器實際上形成η位串并轉(zhuǎn)換電路。如圖2所示，在每組控制單元中，該η個D觸發(fā)器的輸出端與η個控制開關(guān)--
對應(yīng)連接，并通過該η個控制開關(guān)一一對應(yīng)連接到開關(guān)控制模塊的η個輸出控制端S0、S1、S2、...、Sn-2 和 Sn-1。而且，每組控制單元中，每個D觸發(fā)器的輸入端連接到前一個觸發(fā)器的輸出端，每組控制單元中的第I個D觸發(fā)器的輸入端連接到前一組控制單元中的第η個(即該組控制單元中的η個D觸發(fā)器中的最后一個)D觸發(fā)器的輸出端，而第I組控制單元的第I個D觸發(fā)器的輸入端連接到開關(guān)控制模塊10的數(shù)據(jù) 輸入端Data。這樣，m組控制單元中的所有D觸發(fā)器(一共m X η個D觸發(fā)器)實際上形成了 m X η位串并轉(zhuǎn)換電路。其中，本文中，m為大于或者等于2的自然數(shù)，η為大于或等于2的自然數(shù)。圖3是本發(fā)明的一個實施例中的斜波發(fā)生電路20的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，斜波發(fā)生電路20包括η條充電電路、第一開關(guān)Κ1、第二開關(guān)Κ2和電容C。η條充電電路中的每條充電電路包括晶體管(即圖3中的PMpPMp…、或者PMlri)和開關(guān)管(即圖3中的Sc^Sp…、Sn_2或者Sn_1;圖3中用開關(guān)的符號示意性地表示，沒有畫成晶體管的形式)，并且每條充電電路一端連接到系統(tǒng)電源Vdd，另一端通過第一開關(guān)Kl接地，并且通過第二開關(guān)K2連接到電容C的第一端，電容C的第二端連接到系統(tǒng)電源Vdd。例如，在每條充電電路中，晶體管的源極連接到系統(tǒng)電源Vdd，晶體管的漏極連接到開關(guān)管的源極，開關(guān)管的漏極通過第一開關(guān)Kl接地并且同時通過第二開關(guān)K2連接到電容C的第一端。本斜波發(fā)生電路20中，該η條充電電路是相互并聯(lián)的。電容C的一端還連接到該斜波發(fā)生電路20的數(shù)據(jù)輸出端VrampO，也就是說，電容C的端電壓即為該斜波發(fā)生電路20的輸出。可見，如圖3所示，斜波發(fā)生電路20中，η條充電電路中一共包含η個晶體管和η個開關(guān)管，該η個晶體管的漏極與η個開關(guān)管的源極一一對應(yīng)連接，η個開關(guān)管的柵極與該斜波發(fā)生電路20的η個控制端一一對應(yīng)連接。。本發(fā)明的實施例中，每條充電電路中，其中的晶體管的柵極或者基極與同一個二極管連接的晶體管連接，構(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)(圖中未全部顯示出)。電流鏡結(jié)構(gòu)可以使用本領(lǐng)域中常用的電流鏡結(jié)構(gòu)，在此不再詳述。本發(fā)明的實施例中，該晶體管可以是PMOS管，當(dāng)然，也可以是任何其它的適合類型的晶體管。本實施例中，第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)Κ2是相互互補(bǔ)的開關(guān)。也就是說，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)Kl接通時，第二開關(guān)Κ2斷開；而當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)Kl斷開時，第二開關(guān)Κ2接通。本實施例中，該η條充電電路中，每條充電電路中的電流的大小可以根據(jù)實際情況的需要而靈活設(shè)定。通過控制每條充電電路中的開關(guān)管(即圖3中的Sc^Sp…、Sn_2或者Sn^1,圖3中用 開關(guān)的符號示意性地表示，沒有畫成晶體管的形式)的接通或者斷開，可以控制該η條充電電路對電容C進(jìn)行充電的總的充電電流的大小。如圖3所示，斜波發(fā)生電路20還可以包括第一晶體管Tl、第二晶體管Τ2、第三晶體管Τ3和第三開關(guān)Κ3。電容C的該第一端通過第三開關(guān)Κ3連接到第一晶體管Tl的漏極，第一晶體管Tl的源極接地，第一晶體管Tl的柵極連接到第二晶體管Τ2的柵極。第二晶體管Τ2的源極接地，第二晶體管Τ2的漏極連接到第三晶體管Τ3的漏極并且連接到第二晶體管Τ2的柵極。第三晶體管Τ3的源極連接到系統(tǒng)電源。本發(fā)明的實施例中，該第三開關(guān)Κ3和第二開關(guān)Κ2是相互互補(bǔ)的開關(guān)。也就是說，當(dāng)?shù)谌_關(guān)Κ3接通時，第二開關(guān)Κ2斷開；而當(dāng)?shù)谌_關(guān)Κ3斷開時，第二開關(guān)Κ2接通。如圖4所示，本發(fā)明的實施例中，電壓抬升電路30包括抬升輸入端Vrampl和抬升輸出端Vramp。其中，該電壓抬升電路30包括第四晶體管T4、第五晶體管T5和數(shù)模轉(zhuǎn)換器301。抬升輸入端Vrampl連接到第四晶體管T4的柵極，第四晶體管T4的漏極接地，第四晶體管T4的源極連接到抬升輸出端Vramp，并且連接到第五晶體管T5的漏極。第五晶體管T5的柵極連接到數(shù)模轉(zhuǎn)換器301，第五晶體管T5的源極連接到系統(tǒng)電源。本發(fā)明的實施例中，斜波發(fā)生電路20擁有η條受到η個開關(guān)管控制的獨立充電電路，其η個開關(guān)管受開關(guān)控制模塊10的η個輸出控制端S0、S1、S2、…、Sn_2和Sn-1控制。開關(guān)控制模塊10根據(jù)對非線性紅外輻射引起模擬電壓，分m段對其擬合，在m個不同時段控制斜波發(fā)生電路20中相應(yīng)的電流開關(guān)，以實現(xiàn)分段斜率調(diào)節(jié)，使斜波發(fā)生器的輸出電流逼近擬合曲線。例如，開關(guān)控制模塊10中的m組控制單元在m組互不交疊的時鐘分別控制下依次導(dǎo)通，輸出特定時刻所需的n bit輸出控制信號，該輸出控制信號即可控制該時刻斜波發(fā)生電路20產(chǎn)生的信號的斜率。例如，圖5是本發(fā)明一個實施例的m組互不交疊時鐘的時序圖。CKO、CKl-CKn-1互不交疊，依次導(dǎo)通開關(guān)控制模塊10中的第O組、第I組…第n-ι組控制開關(guān)，保證每次有且只有一組開關(guān)導(dǎo)通，即只有一組開關(guān)控制信號S〈n-1:0>輸出到斜波發(fā)生電路20。圖3所示的實施例中，其輸出
權(quán)利要求
1.一種紅外焦平面陣列探測器讀出電路的斜波發(fā)生器，其特征在于，包括: 開關(guān)控制模塊，所述開關(guān)控制模塊包括數(shù)據(jù)輸入端和η個輸出控制端； 斜波發(fā)生電路，所述斜波發(fā)生電路包括η個控制端和數(shù)據(jù)輸出端，所述η個控制端與所述開關(guān)控制模塊的所述η個輸出控制端一一對應(yīng)連接； 電壓抬升電路，所述電壓抬升電路包括抬升輸入端和抬升輸出端，所述斜波發(fā)生電路的所述數(shù)據(jù)輸出端連接到所述抬升輸入端； 其中η為大于或等于2的自然數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的斜波發(fā)生器，其特征在于: 所述開關(guān)控制模塊包括m組控制單元，每組控制單元包括η個D觸發(fā)器和η個控制開關(guān); 在每組控制單元中，所述η個D觸發(fā)器的輸出端與所述η個控制開關(guān)一一對應(yīng)連接，并通過所述η個控制開關(guān)一一對應(yīng)連接到所述η個輸出控制端，并且每個D觸發(fā)器的輸入端連接到前一個觸發(fā)器的輸出端，其中每組控制單元中的第I個D觸發(fā)器的輸入端連接到前一組控制單元中的第η個D觸發(fā)器的輸出端，第I組控制單元的第I個D觸發(fā)器的輸入端連接到所述數(shù)據(jù)輸入端； 其中m為大于或者等于2的自然數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的斜波發(fā)生器，其特征在于: 所述斜波發(fā)生電路包括η條充電電路、第一開關(guān)、第二開關(guān)和電容； 所述η條充電電路中的每條充電電路包括晶體管和開關(guān)管，所述晶體管的源極連接到系統(tǒng)電源，所述晶體管的漏極連接到所述開關(guān)管的源極，所述開關(guān)管的漏極通過所述第一開關(guān)接地并且通過所述第二開關(guān)連接到所述電容的第一端，所述電容的第二端連接到系統(tǒng)電源； 所述電容的第一端連接到所述斜波發(fā)生電路的所述數(shù)據(jù)輸出端； 所述η條充電電路中的η個開關(guān)管的柵極與所述η個控制端一一對應(yīng)連接； 所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)是相互互補(bǔ)的開關(guān)。
4.如權(quán)利要求3所述的斜波發(fā)生器，其特征在于: 所述斜波發(fā)生電路還包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和第三開關(guān)，所述電容的所述第一端通過所述第三開關(guān)連接到所述第一晶體管的漏極，所述第一晶體管的源極接地，所述第一晶體管的柵極連接到所述第二晶體管的柵極； 所述第二晶體管的源極接地，所述第二晶體管的漏極連接到所述第三晶體管的漏極并且連接到所述第二晶體管的柵極； 所述第三晶體管的源極連接到系統(tǒng)電源； 所述第三開關(guān)和所述第二開關(guān)是相互互補(bǔ)的開關(guān)。
5.如權(quán)利要求1所述的斜波發(fā)生器，其特征在于: 所述電壓抬升電路包括第四晶體管、第五晶體管和數(shù)模轉(zhuǎn)換器； 所述抬升輸入端連接到所述第四晶體管的柵極，所述第四晶體管的漏極接地，所述第四晶體管的源極連接到所述抬升輸出端，并且連接到所述第五晶體管的漏極； 所述第五晶體管的柵極連接到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述第五晶體管的源極連接到系統(tǒng)電源。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種紅外焦平面陣列探測器讀出電路的斜波發(fā)生器，包括開關(guān)控制模塊，其包括數(shù)據(jù)輸入端和n個輸出控制端；斜波發(fā)生電路，其包括n個控制端和數(shù)據(jù)輸出端，該n個控制端與開關(guān)控制模塊的n個輸出控制端一一對應(yīng)連接；電壓抬升電路，其包括抬升輸入端和抬升輸出端，斜波發(fā)生電路的數(shù)據(jù)輸出端連接到抬升輸入端；其中n為大于或等于2的自然數(shù)。本發(fā)明的實施例中，可以實現(xiàn)分段斜率調(diào)節(jié)，使斜波發(fā)生器的輸出電流逼近擬合曲線，并且避免因為低溫模擬相應(yīng)低造成的數(shù)字碼利用率下降以及非線性。
文檔編號G01J5/02GK103207018SQ201310102969
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者闕隆成, 呂堅, 杜一穎, 周云 申請人:電子科技大學(xué)