[发明专利]一种红外焦平面阵列及其读出电路的模数转换器

说明书

技术领域

本发明涉及非制冷红外焦平面阵列探测器领域，尤其是涉及一种红外焦平面阵列读出电路的模数转换器及其红外焦平面阵列。

背景技术

随着CMOS超大规模集成电路技术、红外焦平面技术以及数字集成电路技术的不断发展，人们逐渐意识到将红外焦平面的模拟输出信号转变为数字信号输出，可以提高信号在传输过程中的抗干扰能力，提高信号的信噪比，同时这也是第三代红外焦平面技术不断小型化、不断提高集成度的发展趋势。

红外焦平面片上模数转换器（ADC）技术是实现将红外焦平面模拟信号输出转变为数字信号输出的一项非常关键的技术，读出电路的片上ADC是红外焦平面读出电路数字化中非常关键的器件，对于红外焦平面数字化后的最终性能起着决定性的影响。ADC的种类和架构比较多，使得读出电路的设计过程中往往遇到多种选择。

非制冷红外焦平面探测器在室温下工作，具有低成本、低功耗、小型化和高可靠性等优点，被广泛应用于军事和民用领域。其在使用时希望通过读出电路获得较大的温度响应范围以及具有良好线性度的电压响应率，并且大部分后续的非均匀性校正算法都是在假定探测单元对目标温度的响应特性为线性的基础上进行的。而通过改变入射黑体辐射考察响应率与入射辐射的关系，得到红外探测器输出电压与辐射到光敏元上的辐射通量呈现出不可忽视的非线性关系。

由普朗克定律以及目标温度变化引起探测器敏感单元温度变化的关系可知，敏感单元温度随目标温度是呈非线性变化的，而非线性的辐射使偏置电路产生电压响应也是非线性的，则目标温度使模拟输出呈非线性变化，经过传统读出电路ADC对敏感单元感受到的红外辐射进行模数转换，得到的数字输出与目标温度也呈非线性。所以研究一种具有非线性辐射补偿功能的非制冷红外焦平面读出电路的片上ADC具有重要意义。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种具有非线性辐射补偿功能的红外焦平面阵列读出电路的模数转换器及其红外焦平面阵列，以实现读出电路输出信号的线性化。

本发明实施例公开的技术方案包括：

提供了一种红外焦平面阵列读出电路的模数转换器，其特征在于，包括：比较器，所述比较器包括同相输入端、反相输入端和输出端；偏置电路，所述偏置电路的输出端连接到所述比较器的所述反相输入端；线性斜波发生器，所述线性斜波发生器的输出端连接到所述比较器的所说同相输入端；锁存器，所述锁存器包括控制输入端和锁存数据输入端，所述比较器的输出端连接到所述锁存器的所述控制输入端；非线性补偿计数器，所述非线性补偿计数器的计数数据输出端连接到所述锁存器的所述锁存数据输入端；所述非线性补偿计数器对不等周期计数时钟序列进行计数并输出计数数据到所述锁存器；其中所述不等周期计数时钟序列包括至少两个计数时钟子序列，并且其中至少一个计数时钟子序列中的计数时钟周期与其余计数时钟子序列中的计数时钟周期不同。

本发明一个实施例中，所述非线性补偿计数器包括：基本时钟；不等周期时钟生成器，所述基本时钟的输出端连接到所述不等周期时钟生成器的输入端，并且所述不等周期时钟生成器根据所述基本时钟提供的时钟信号生成所述不等周期计数时钟序列；计数器，所述不等周期时钟生成器的输出端连接到所述计数器的计数时钟输入端，所述计数器的输出端即为所述非线性补偿计数器的计数数据输出端；其中所述计数器对所述不等周期计数时钟序列进行计数。

本发明一个实施例中，所述不等周期计数时钟序列包括一个初始时钟子序列和至少两个计数时钟子序列。

本发明一个实施例中，所述初始时钟子序列中的时钟信号保持为低电平。

本发明一个实施例中，所述不等周期计数时钟序列包括m个计数时钟子序列，其中                                                ，表示向上取整，M为满足的最小值，其中为控制因子，ψ_i为线性逼近所述锁存器的数字输出与所述比较器的比较时间之间的函数关系曲线的第i个直线段，ψ为所述锁存器的数字输出与所述比较器的比较时间之间的函数关系曲线，表示第i个时间段内上述两个函数的范数。

本发明一个实施例中，每个所述计数时钟子序列中的计数时钟的个数相同。

本发明的实施例中还提供了一种红外焦平面阵列，包括读出电路，其特征在于：所述读出电路包括前文所述的任意一种模数转换器。