CN111829670B - 一种非制冷红外焦平面阵列读出电路 - Google Patents

Abstract

本说明书提供一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，所述读出电路包括有M*N阵列电路以及镜像电路，所述读出电路还包括：用于为所述M*N阵列电路以及所述镜像电路分别提供动态偏置电压的偏压产生装置，所述偏压产生装置包括有：感测电阻，其阻值随所述读出电路上衬底的温度的变化而线性变化；偏压产生模块，用于根据预设固定偏压以及所述感测电阻的阻值，产生与所述阻值相关的动态偏置电压，以向所述M*N阵列电路中的像元和所述镜像电路中的传感器电阻两端提供动态的偏置电压。如此，降低了衬底温度的变化对所述读出电路输出电压响应率的影响，从而避免了非制冷红外焦平面阵列探测器在高温时输出电压超出动态范围的问题。

Description

一种非制冷红外焦平面阵列读出电路

技术领域

本说明书涉及红外成像技术领域，尤其涉及一种非制冷红外焦平面阵列读出电路。

背景技术

目前，非制冷红外成像技术在安防、工农业、医学、天文等领域有着重要的应用。作为非制冷红外成像技术核心的红外焦平面阵列，包括红外探测器阵列和读出电路两部分。其中，微测辐射热计焦平面阵列(FPA)具有较高的灵敏度，是应用最广泛的一种非制冷红外焦平面阵列，其工作原理是热敏材料吸收入射的红外辐射后温度改变，从而引起自身电阻值的变化，通过测量其电阻值的变化探测红外辐射信号的大小。

微测辐射热计普遍采用微机械加工技术制作的悬臂梁微桥结构。桥面沉积有一层具有高电阻温度系数(TCR)的热敏材料，桥面由两条具有良好力学性能并镀有导电材料的桥腿支撑，桥腿与衬底的接触点为桥墩，桥墩电学上连接到微测辐射热计下的硅读出电路(ROIC)上。通过桥腿和桥墩，热敏材料连接到读出电路的电学通道中，形成一个对温度敏感并连接到读出电路上的像元单元。

敏感像元单元又称为敏感微测辐射热计，与之对应的有两种盲微测辐射热计，其中一种桥面与衬底热学短路，温度恒等于衬底温度，称为热学短路微测辐射热计；另一种是结构与敏感微测辐射热计完全相同，但是被遮挡了，所以不能感应目标辐射，称为被遮挡微测辐射热计。利用这两种盲微测辐射热计可以有效抵消敏感像元单元阻值随衬底温度变化带来的输出电压波动，实现无TEC(热电制冷器)功能。

读出电路的作用则是完成微测辐射热计信号的处理和读出，读出电路对红外成像系统的性能有重要影响。近年来，用户对红外焦平面阵列探测器组件的要求越来越高，不仅要求高性能还要求低功耗、简单易用。传统的红外焦平面阵列探测器组件需要用TEC严格控制衬底温度，保证探测器性能不受衬底温度波动的影响。但是，尽管严格控制了衬底温度，但是探测器在高温时，随着衬底温度的增加，读出电路的输出的响应率的绝对值会增大，进而导致输出电压超出动态范围。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本说明书提供的一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，降低了探测器输出响应率受衬底温度波动的影响。

根据本说明书实施例的第一方面，提供了一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，所述读出电路包括有用于构成红外焦平面阵列的M*N阵列电路以及用于与M*N阵列电路中行与列交叉处的像元镜像对称的镜像电路，所述读出电路还包括：用于为所述M*N阵列电路中的任一列电路以及所述镜像电路分别提供动态偏置电压的偏压产生装置，所述偏压产生装置包括有：

感测电阻，其阻值随所述读出电路上衬底的温度的变化而线性变化；

偏压产生模块，用于根据预设固定偏压以及所述感测电阻的阻值，产生与所述阻值相关的动态偏置电压，以向所述M*N阵列电路和所述镜像电路中的传感器电阻两端提供动态的偏置电压。

本说明书的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本说明书实施例中，设计了了一偏压产生装置，所述偏压产生装置用于产生随着衬底温度线性变化的动态偏置电压；然后，对一种非制冷红外焦平面阵列读出电路进行改进设计，将得到的动态偏置电压用于得到读出电路中辅助电阻(dummy电阻)和/或传感器电阻的两端的偏置电压。相比于现有技术方案(在dummy电阻与传感器电阻两端加上固定不变的偏置电压)，有效的消除了由于衬底温度变化导致的读出电路输出电压响应率的变化，进而避免了红外焦平面阵列探测器在高温时输出电压超出动态范围的问题。其中辅助电阻与传感器电阻采用相同的敏感材料，以抵消传感器电阻的偏置电流以及消除由于衬底温度变化导致读出电路输出电压的变化。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。

图1是相关现有技术中非制冷红外焦平面阵列读出电路的电路示意图。

图2是本说明书根据一示例性实施例示出的一种偏压产生装置的原理图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种偏压产生装置的组成示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的偏压产生装置的一种电路连接图。

图5是根据另一示例性实施例示出的偏压产生装置的另一种电路连接图。

图6是根据一示例性实施例示出的一种非制冷红外焦平面阵列读出电路的电路连接图。

图7是根据另一示例性实施例示出的另一种非制冷红外焦平面阵列读出电路的电路连接图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本说明书使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明书。在本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本说明书可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本说明书范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

如图1所示，图1为现有技术中非制冷红外焦平面阵列读出电路的电路示意图。从图1可以看出，所述读出电路包括位于虚线标记框外部的镜像电路，以及位于虚线标记框内部的M*N阵列电路。所述M*N阵列电路可划分为M列，每一列上都具有一个辅助电阻R_d(dummy电阻)以及N个传感器电阻(sensor电阻)，在第i列中所述辅助电阻R_d与所在列的传感器电阻之间存在有第一场效应管M_p<i>以及第二场效应管M_n<i>，由于M*N阵列电路中各列电路相互对称，故选择任意一列来说明本申请的方案，其中，该选取列中的第一场效应管以及第二场效应管即简单标记为M_p和M_n。在选取列中，所述第一场效应管M_p的漏极与所在列的第二场效应管M_n的漏极连接，所述第一场效应管M_p的源极连接至所在列的辅助电阻R_d，所述第二场效应管M_n的源极连接至所在列的传感器电阻R_s。其中，每一列上还对应有一个积分放大电路，用于输出读出电路的输出电压。所述积分放大电路的输入端获取所述第一场效应管M_p的漏极或所在列的第二场效应管M_n的漏极上的信号。每个传感器电阻串联一个选通开关，通过选通开关的控制，工作时，每次M*N阵列中仅有一个传感器电阻被选通，被选通的传感器电阻所在列对应电路与镜像电路对称。也就是说，镜像电路上也存在对应的辅助电阻R_d,chip、第一场效应管M₄、第二场效应管M₃以及传感器电阻R_s,chip；其中，由于镜像对称，所述镜像电路中各元件的连接关系不在赘述。其中，所述镜像电路中与M*N阵列电路中行与列交叉处的像元镜像对称，其中，所述像元是指由某一行某一列处的传感器电阻Rs、第一场效应管M_p与所在列的第二场效应管M_n、辅助电阻R_d构成的导通单元，以感测响应电流。通过调节所述镜像电路中辅助电阻与传感器电阻的电阻值，可以降低噪声以及调节偏置电压的大小。

所述镜像电路中的第一场效应管M₄的栅极以及M*N阵列电路中任意一列对应的第一场效应管的栅极都输入由偏压产生装置产生的固定偏压V_EB,或者，在所述镜像电路中的第二场效应管M₃的栅极以及M*N阵列电路中任意一列对应的第二场效应管M_n的栅极都输入由偏压产生装置产生的固定偏压V_FID。

实际应用时，外界的红外辐射的变化会引起传感器电阻的阻值变化，且所述读出电路的输出电压的响应率与传感器电阻两端的偏置电压成正比，为了得到相对较大的响应率，传感器电阻两端需要加一个较大的偏置电压。这样，通过传感器电阻的偏置电流也会较大，造成难以准确敏感的反映出由传感器电阻阻值变化导致的输出信号的变化。故每列设计一辅助电阻，通过流过辅助电阻的电流来抵消上述偏置电流。为了保证流过辅助电阻R_d的电流与上述偏置电流在不同衬底温度下变化一致，则辅助电阻R_d也采用和传感器电阻相同的热敏材料，与传感器电阻R_s不同的是：通过增加反射层或增加热导等方式，辅助电阻R_d对外界探测目标的红外辐射不敏感(即背景技术中的“被遮挡微测辐射热计”)。

从现有技术中可以看出，随着衬底温度增加，传感器电阻R_s与辅助电阻R_d的阻值以相同的幅度下降，进而消除了由于衬底温度变化导致读出电路输出电压的变化。但是，当红外焦平面阵列探测器在高温环境下工作时，传感器电阻R_s与辅助电阻R_d的阻值可以降低到常温下阻值的0.3到0.5左右。由于M*N阵列电路中任意一列对应的第一场效应管M_p的栅极以及第二场效应管M_n的栅极都输入的为固定偏压，故传感器电阻选通后所在列的传感器电阻R_s与辅助电阻R_d的两端的偏置电压也将保持不变，分别为：V_b,s和V_b,d。因此，所述读出电路的输出电压的表达式为：

其中，所述V_o为输出电压，δ为所述积分放大电路的放大倍数，T_int为所述积分放大电路的积分时间，C_int为所述积分放大电路的积分电容。

而传感器电阻R_s与辅助电阻R_d的含电阻温度系数的表达式为：

R_d＝R_d0×(1-T_CR×T_S)

R_s＝R_s0×(1-T_CR×T_S)×(1-α×T_CR×T_t)

其中，R_d0为标准温度下的辅助电阻的阻值，R_s0为标准温度下的传感器电阻R_s的阻值，辅助电阻与传感器电阻具有相同的电阻温度系数T_CR，T_S为衬底温度，T_t为环境温度，α为环境温度到探测器感应温度的衰减系数。

由上式可知，辅助电阻R_d只对衬底温度变化敏感，传感器电阻R_s同时受衬底温度和环境温度影响。将传感器电阻R_s与辅助电阻R_d的表达式代入所述输出电压的表达式中，并求得输出电压的响应率。其中，输出电压的响应率定义为输出电压V_o对环境温度求导，求导后得到的输出电压的响应率为：

由上式可知，随着衬底温度TS增加，输出电压的响应率绝对值增大，会导致探测器在高温时输出电压极易超出动态范围等问题。

为解决上述非制冷红外焦平面阵列读出电路中输出电压的响应率随着衬底温度变化的问题，避免红外焦平面阵列探测器在高温时输出电压超出动态范围。本说明书进一步提出了如下的技术方案，接下来对本说明书实施例进行详细说明。

如图2所示，图2是本说明书根据一示例性实施例示出的一种偏压产生装置的原理图。通过前述推导，本质上是由于衬底温度的变化导致传感器电阻在高温下阻值过低引起的响应率增加，而为消除衬底温度的变化对响应率的影响，本实施例中，将相关现有技术中的传感器电阻选通后所在列的传感器电阻的固定偏置电压V_bs转换成一个与所述传感器电阻随衬底温变化相关的补偿电压V_bs(T_S)，所述补偿电压为一动态偏置电压。

其中，转换后的所述传感器电阻两端的动态偏置电压为：

V_bs(T_S)＝K×(1-T_CR×T_S)

其中，K为常数，可以选择为一固定的电压值。

如此，将所述传感器电阻的固定偏置电压转换为所述动态偏置电压后，得到的输出电压的响应率的表达式为：

由上式可知，通过该动态偏置电压补偿了读出电路M*N阵列中传感器电阻值随衬底温度的变化，使读出电路的输出电压的响应率在较高衬底温度下所受影响降低。

如图3所示，是根据一示例性实施例示出的一种偏压产生装置的组成示意图。本实施例中，设计了一种偏压产生装置，用于产生前面提出的所述动态偏置电压，所述动态偏置电压用于非制冷红外焦平面阵列读出电路，所述偏压产生装置包括：

感测电阻，其阻值随衬底温度的变化而线性变化；

偏压产生模块，用于根据预设固定偏压以及所述感测电阻的阻值，产生与所述阻值相关的动态偏置电压，以向所述M*N阵列电路和所述镜像电路中的传感器电阻两端提供动态的偏置电压。

本说明书提出的偏压产生装置的实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过获取当前衬底温度，并计算出反映衬底温度变化的参量，再根据该参量以及系统预设的固定偏压值，计算出随着衬底温度线性变化的动态偏置电压。

从硬件层面而言，本说明书实施例提供了偏压产生装置的一种电路实现方式，所述偏压产生装置中感测电阻的阻值只受衬底温度影响，所述阻值即为反映衬底温度变化的信号。而所述偏压产生模块包括运算放大电路，所述运算放大电路用于根据输入的预设固定偏压以及电源电压输出随着所述感测电阻的阻值线性变化的动态电压。通常根据该硬件电路的功能实现，所述装置还可以设计或采用其他电路连接方式，对此不再赘述。

在一个实施例中，图4为根据一示例性实施例示出的一种偏压产生装置的电路连接图。如图4所示，所述感测电阻为电阻R_s1，电阻R_s1是与M*N阵列电路中传感器电阻相同材料的电阻，与辅助电阻R_d类似，其阻值只受衬底温度影响，不受环境温度影响，含温度系数TCR的表达式为：

R_s1＝R_s0×(1-T_CR×T_S)

其中，T_CR为R_s1的温度系数，T_S为衬底温度，R_s0为为标准温度下的感测电阻的阻值，将感测电阻R_s1对衬底温度求导，可知，感测电阻R_s1的阻值不随环境温度的变化，仅随着衬底温度增加而降低，即所述感测电阻的阻值与衬底温度负相关，其阻值随着所述衬底的温度升高而线性减小。

在本实施例中，所述偏压产生模块包括第一运算放大电路，所述第一运算放大电路用于根据输入的预设固定偏压(V_FID)来输出随着所述感测电阻的阻值线性变化的第一输出电压(V₀₁)。其中，所述第一运算放大电路还包括两个阻值相同的第一电阻R_P，所述第一运算放大电路的具体连接为：所述预设固定偏压V_FID通过其中一个第一电阻R_P输入至所述第一运算放大电路的第一输入端，所述第一运算放大电路的第二输入端通过另一个第一电阻接地，所述第一运算放大电路的第一输入端还通过所述感测电阻接地，所述第一运算放大电路的输出端通过所述感测电阻连接至所述第一运算放大电路的第二输入端。

其中，第一电阻R_P为标准CMOS工艺中的Poly电阻，该电阻的电阻温度系数与感测电阻R_s1相比可忽略不计，即可认为其阻值为固定值。其中，该第一电阻也可以依据实际应用，采用Poly电阻外的其他电阻，对此，本申请不做具体限定。

依据上述偏压产生模块内第一运算放大电路的具体设计，可推出所述第一输出电压的公式为：

将感测电阻R_s1含有温度系数的表达式代入所述第一输出电压的公式中，并将第一输出电压对衬底温度T_S求导，由求导值可知，所述第一输出电压随着衬底温度增加而减小，且与R_s1电阻阻值的降低幅度线性相关。如此，本实施例通过该电路结构即产生了与衬底温度线性相关的偏置电压，由图可知，设计的该电路结构连接方式简单、实现复杂度低。

在一个实施例中，由于非制冷红外焦平面阵列读出电路中的传感器电阻两端的偏置电压V_bs(T_S)需要随着衬底温度增加而线性降低，比较所述第一输出电压V₀₁与待设计的所述传感器电阻两端的动态偏置电压V_bs(T_S)的表达式可知，所述第一输出电压随着衬底温度增加而线性降低，可直接将所述第一输出电压V₀分别作为所述M*N阵列电路中传感器电阻Rs与所述镜像电路中传感器电阻Rs,chip两端的动态偏置电压。

在另一个实施例中，由于在所述镜像电路中的第一场效应管M₄的栅极以及M*N阵列电路中任意一列对应的第一场效应管M_p的栅极输入的动态的偏置电压V_EB(Ts)需要随着衬底温度增加而线性增加，且增加的幅度和比例与镜像电路中所述辅助电阻R_d,chip或M*N阵列电路中对应列辅助电阻R_d减小的比例相关。也就是说，将动态的偏置电压V_EB(Ts)加入到所述镜像电路中的第一场效应管M4的栅极以及M*N阵列电路中任意一列对应的第一场效应管M_p的栅极后，当衬底温度较高时，镜像电路中的辅助电阻R_d,chip的阻值降低，但由于衬底温度增加该偏置电压V_EB(Ts)也同步增加，使得镜像电路中的辅助电阻R_d,chip两端的电压差也保持同步相关比例的降低。如此，则需要再设计一种偏压产生电路，以产生加设在所述镜像电路中的第一场效应管M₄的栅极以及M*N阵列电路中任意一列对应的第一场效应管M_p的栅极的动态偏置电压V_EB(Ts)，来保证所述镜像支路的电流保持不变。

为得到加至所述镜像电路中的第一场效应管M₄的栅极以及M*N阵列电路中任意一列对应的第一场效应管M_p的栅极的动态偏置电压V_EB(Ts)，所述偏压产生模块包括有第一运算放大电路和放大倍数为1的差分放大器，所述第一运算放大电路用于根据输入的预设固定偏压(V_EB)以及读出电路的电源电压(V_SK)，来输出随着所述感测电阻的阻值线性变化的中间输出电压；所述差分放大器的两个输入端分别输入所述电源电压和所述中间输出电压，输出端输出第二输出电压。

在一个实施例中，如图5所示，图5为根据另一示例性实施例示出的一种偏压产生装置的电路连接图。在该实施例中，首先通过所述第一运算放大电路获取所述中间输出电压，其中，所述第一运算放大电路的具体连接为：所述第一运算放大电路包括两个阻值相同的第一电阻R_P，所述预设固定偏压V_EB通过第一电阻R_P输入至所述第一运算放大电路的第一输入端，所述电源电压V_SK通过第一电阻R_P输入所述第一运算放大电路的第二输入端，所述第一运算放大电路的输出端通过所述感测电阻R_s1连接至所述第一运算放大电路的第一输入端，所述第一运算放大电路的第二输入端还通过所述感测电阻R_s1接地。其中，所述第一运算放大电路的第一输入端或第二输入端既可以是运算放大电路的正向输入端也可以是反向输入端，此处不做具体限定。

如此，得到的所述中间输出电压的具体表达式为：

如图5所示，所述差分放大器的具体连接为：所述中间输出电压通过第二电阻输入到所述差分放大器的第一输入端，所述电源电压通过第二电阻输入到所述差分放大器的第二输入端，所述差分放大器的输出端通过第二电阻连接至所述差分放大器的第一输入端，所述差分放大器的第二输入端还通过第二电阻接地。其中，所述第二电阻的阻值可以和第一电阻R_P相同，也可以不同，对此不做具体限定。

通过上述描述可知，所述差分放大器输出端输出的第二输出电压为：

其中，V_SK为电源电压。由上式可知，将第二输出电压V_o2对衬底温度求导，可发现第二输出电压V_o2随着衬底温度的增加而增加，且增加幅度与所述感测电阻R_s1的降低幅度相关。

在本实施例中，通过差分放大器的处理，求得了所述电源电压与所述第一输出电压之间的电压差值。在第二输出电压V_o2加设在所述镜像电路中的第一场效应管M₄的栅极以及M*N阵列电路中任意一列对应的第一场效应管的栅极后，由于所述第二输出电压V_o2中加入了读出电路的电源电压V_SK，这样消除了所述镜像电路中的辅助电阻R_d,chip两端以及M*N阵列电路中辅助电阻Rd两端的电压差中的电源电压V_SK分量，使得上述两个电压差不受电源电压的影响，且得到的所述镜像电路中的辅助电阻R_d,chip两端的电压差与所述辅助电阻R_d,chip的阻值(也就是衬底温度)正比例相关，从而保证了流过镜像电路中的电流I_m不随着衬底温度变化而变化。如此，可以推知，镜像电路中传感器电阻Rs,chip与M*N阵列电路中传感器电阻Rs两端的动态偏置电压为V_bs(T_S)＝Im×R_s,chip，由于R_s,chip也仅随衬底温度变化而线性变化，故也满足前述要求。

故可以将所述第二输出电压作为所述动态偏置电压，来控制所述M*N阵列电路中辅助电阻R_d与所述镜像电路中辅助电阻R_d,chip两端的电压差随着衬底温度变化而线性变化。

在本说明书中，针对问题设计了一偏压产生装置，并基于所述偏压产生装置，还设计了一做出相应改进后的非制冷红外焦平面阵列读出电路，所述读出电路包括有用于构成红外焦平面阵列的M*N阵列电路以及用于与M*N阵列电路中行与列交叉处的像元镜像对称的镜像电路，所述读出电路还包括：用于为所述M*N阵列电路中的所述像元以及所述镜像电路分别提供动态偏置电压的偏压产生装置，所述偏压产生装置包括有：

感测电阻，其阻值随所述读出电路上衬底的温度的变化而线性变化；

偏压产生模块，用于根据预设固定偏压以及所述感测电阻的阻值，产生与所述阻值相关的动态偏置电压，以向所述M*N阵列电路和所述镜像电路中的传感器电阻两端提供动态的偏置电压。

在一个实施例中，所述动态偏置电压分别作为所述第一场效应管M₄以及第一场效应管M_p的栅极输入电压，或者，所述动态偏置电压分别作为所述第二场效应管M₃以及第二场效应管M_n的栅极输入电压。此处，也就是如现有技术的连接方式，将动态偏置电压直接输入到对称的第一场效应管M₄以及第一场效应管M_p的栅极，或者，输入到对称的第二场效应管M₃以及第二场效应管M_n的栅极。

在一个实施例中，所述读出电路还包括有第一稳压电路与第二稳压电路，所述第一稳压电路与所述第二稳压电路的输入端都输入所述动态偏置电压，所述第一稳压电路的输出端连接至所述镜像电路，用于向所述镜像电路提供经过稳压后的动态偏置电压，所述第二稳压电路的输出端连接至所述M*N阵列电路，用于向所述M*N阵列电路提供经过稳压后的动态偏置电压。其中，设计的两个稳压电路分别与镜像电路和M*N阵列电路连接，分别为其提供稳压过后的动态偏置电压，防止该动态偏置电压变化过快，造成感测出的信号波动较大。

在一个实施例中，所述偏压产生模块包括第一运算放大电路，所述第一运算放大电路用于根据输入的预设固定偏压V_FID，来输出随着所述感测电阻的阻值线性变化的第一输出电压V₀₁，将所述第一输出电压作为所述动态偏置电压发送至两个所述稳压电路的输入端。其中，所述第一运算放大电路的具体连接前面实施例已清楚描述，具体可参见附图4，此处不再赘述。

在一个实施例中，如图6所示，图6为根据一示例性实施例示出的一种非制冷红外焦平面阵列读出电路的电路连接图。由图6可知，本实施例中所述读出电路相对于相关现有技术中的读出电路而言，做出了明显的改进。本实施例中，所述镜像电路以及M*N阵列电路在前面对图1的描述中已经进行了清楚的描述，在此不再赘述。

在该实施例中，所述第一稳压电路包括有第一运放反馈电路，所述第二稳压电路包括有第二运放反馈电路；将所述第一输出电压作为所述动态偏置电压，所述镜像电路包括第一场效应管M₄以及第二场效应管M₃；所述M*N阵列电路中任意一列电路中都包括第一场效应管M_p以及第二场效应管M_n；所述第一运放反馈电路以及第二运放反馈电路的第一输入端都与所述第一运算放大电路的输出端连接，接收所述第一输出电压V_o1；所述第一运放反馈电路的第二输入端连接至所述第二场效应管M₃的源极，所述第二运放反馈电路的第二输入端连接至所述第二场效应管M_n的源极，所述第一运放反馈电路的输出端连接至所述第二场效应管M₃的栅极，所述第二运放反馈电路的输出端连接至所述第二场效应管M_n的栅极；所述第一场效应管M₄的栅极与所述第一场效应管M_p的栅极直接连接。

如此，所述镜像电路中传感器电阻R_s,chip与所述M*N阵列电路中传感器电阻Rs两端的动态偏置电压为：

也就是将所述第一输出电压作为上述动态偏置电压，如此，可以通过计算镜像电路中流过的电流，计算出所述M*N阵列电路中辅助电阻Rd两端的动态偏置电压为：

由于R_d,chip和R_s,chip有相同的温度系数，且都是仅与衬底温度有关，故可令R_d,chip/R_s,chip为与温度无关的常数R_K，由前述推导的所述读出电路的输出电压的表达式可知，将固定偏置电压转换成所述动态偏置电压后读出电路的输出电压的表达式为：

将前述R_d、R_s1、R_s的表达式代入所述输出电压V₀′后，将输出电压V₀′对环境温度T_t求导，求导的结果为：

由此可见，所述输出电压的响应率与所述衬底温度T_S无关，从而避免了当衬底温度T_S增加时，探测器在高温时输出电压极易超出动态范围的问题。

在另一个实施例中，所述偏压产生模块包括第一运算放大电路和放大倍数为1的差分放大器，所述第一运算放大电路用于根据输入的预设固定偏压V_EB以及读出电路的电源电压V_SK，来输出随着所述感测电阻的阻值线性变化的中间输出电压；所述差分放大器的两个输入端分别输入所述电源电压和所述中间输出电压，输出端输出第二输出电压V_o2，将所述第二输出电压V_o2作为所述动态偏置电压发送至两个所述稳压电路的输入端。

其中，获取中间输出电压的所述第一运算放大电路以及差分放大器的具体电路结构已在前面实施例描述清楚，此处不再赘述。

在一个实施例中，如图7所示，图7为根据一示例性实施例示出的另一种非制冷红外焦平面阵列读出电路的电路连接图。由图7可知，在本实施例中，所述第一稳压电路包括有第一运放反馈电路，所述第二稳压电路包括有第二运放反馈电路，将所述第二输出电压作为动态偏置电压；所述镜像电路包括第一场效应管M₄以及第二场效应管M₃；所述M*N阵列电路中的任意一列电路中都包括第一场效应管M_p以及第二场效应管M_n；所述第一运放反馈电路以及第二运放反馈电路的第一输入端都与所述差分放大器的输出端连接，接收所述第二输出电压；所述第一运放反馈电路的第二输入端连接至所述第一场效应管M₄的源极，所述第二运放反馈电路的第二输入端连接至所述第一场效应管M_p的源极，所述第一运放反馈电路的输出端连接至所述第一场效应管M₄的栅极，所述第二运放反馈电路的输出端连接至所述第一场效应管M_p的栅极；所述第二场效应管M₃的栅极与所述第二场效应管M_n的栅极直接连接。

如此，将第二输出电压V_o2作为偏压产生装置的输出，并通过稳压电路将所述镜像电路中的第一场效应管M₄的源极电位以及所述M*N阵列电路中第一场效应管M_p的源极电位都稳压为第二输出电压V_o2，这样使得所述镜像电路中辅助电阻R_d,chip两端的以及所述M*N阵列电路中辅助电阻R_d两端的动态偏置电压为：

由此可见，所述第二输出电压V_o2中的电源电压V_SK刚好与读出电路中的电源电压抵消，使得镜像电路中辅助电阻R_d,chip两端的动态偏置电压与衬底温度线性相关。通过计算镜像电路中流过的电流，计算出所述M*N阵列电路中传感器电阻Rs两端的动态偏置电压为：

同样，所述R_s,chip/R_d,chip为与温度无关的常数1/R_K，由前述推导的所述读出电路的输出电压的表达式可知，此种情况下，将固定偏置电压转换成所述动态偏置电压后读出电路的输出电压的表达式为：

将前述R_d、R_s1、R_s的表达式代入所述输出电压V₀″后，将输出电压V₀″对环境温度T_t求导，求导的结果为：

由此可见，此种情况下，所述输出电压的响应率同样与所述衬底温度T_S无关，从而也避免了当衬底温度T_S增加时，探测器在高温时输出电压极易超出动态范围的问题，保证了探测器在高温时输出电压变化率保持稳定，从而所述输出电压也能保持在输出动态范围之内。

在一个实施例中，所述M*N阵列电路依据列数分为若干组，每一组都对应有一所述偏压产生装置，每个所述偏压产生装置为对应组内的若干列电路提供所述动态偏置电压。也就是说，每一组包括有若干列，每一组都分别对应有一个偏压产生装置以及相应的稳压电路。其中，偏压产生装置以及稳压电路的具体电路构成以及连接关系可参见前面实施例的描述。举一列子说明，若所述24*50阵列电路中有24列，每一列都有50个传感器电阻R_s，辅助电阻R_d，第一场效应M_p以及第二场效应M_n，将该24列分为6组，每一组中包含有4列，而同组内的4列共用一个偏压产生装置以及相应的稳压电路。所述24*50阵列电路中共有6个偏压产生装置以及6个对应的稳压电路，以此可以实现对M*N阵列电路中的部分电路进行局部控制。

在本说明书实施例中，设计了一种偏压产生装置，所述偏压产生装置用于产生随着衬底温度线性变化的动态偏置电压；然后，再对非制冷红外焦平面阵列读出电路进行了改进设计，将得到的动态偏置电压加到读出电路中辅助电阻(dummy电阻)和/或传感器电阻的两端。相比于现有技术方案(在dummy电阻与传感器电阻两端加上固定不变的偏置电压)，有效的消除了由于衬底温度变化导致的读出电路输出电压响应率的变化，进而避免了红外焦平面阵列探测器在高温时输出电压超出动态范围的问题。其中辅助电阻与传感器电阻采用相同的敏感材料，以抵消传感器电阻的偏置电流以及消除由于衬底温度变化导致读出电路输出电压的变化。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本说明书方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里申请的发明后，将容易想到本说明书的其它实施方案。本说明书旨在涵盖本说明书的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本说明书的一般性原理并包括本说明书未申请的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本说明书的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本说明书并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本说明书的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书，凡在本说明书的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，所述读出电路包括有用于构成红外焦平面阵列的M*N阵列电路以及用于与M*N阵列电路中行与列交叉处的像元镜像对称的镜像电路，其特征在于，所述读出电路还包括：用于为M*N阵列电路中的所述像元以及所述镜像电路分别提供动态偏置电压的偏压产生装置，所述偏压产生装置包括有：

感测电阻，其阻值随所述读出电路上衬底的温度的变化而线性变化；

偏压产生模块，用于根据预设固定偏压以及所述感测电阻的阻值，产生与所述阻值相关的动态偏置电压，以向所述M*N阵列电路中的像元和所述镜像电路中的传感器电阻两端提供动态的偏置电压。

2.根据权利要求1所述的一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，其特征在于，所述M*N阵列电路依据列数分为若干组，每一组都对应有一所述偏压产生装置，每个所述偏压产生装置为对应组内的若干列电路提供所述动态偏置电压。

3.根据权利要求1所述的一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，其特征在于，所述感测电阻与所述读出电路中的传感器电阻具有相同的电阻温度系数，且所述感测电阻的阻值随着所述衬底的温度升高而线性减小。

4.根据权利要求1所述的一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，其特征在于，所述镜像电路包括有依次连接的第一场效应管M₄、第二场效应管M₃，所述M*N阵列电路中的任一列电路都包括有依次连接的第一场效应管M_p、第二场效应管M_n；所述动态偏置电压分别作为所述第一场效应管M₄以及第一场效应管M_p的栅极输入电压，或所述动态偏置电压分别作为所述第二场效应管M₃以及第二场效应管M_n的栅极输入电压。

5.根据权利要求1所述的一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，其特征在于，所述读出电路还包括有第一稳压电路与第二稳压电路，所述第一稳压电路与所述第二稳压电路的输入端都输入所述动态偏置电压，所述第一稳压电路的输出端连接至所述镜像电路，用于向所述镜像电路提供经过稳压后的动态偏置电压，所述第二稳压电路的输出端连接至所述M*N阵列电路，用于向所述M*N阵列电路提供经过稳压后的动态偏置电压。

6.根据权利要求5所述的一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，其特征在于，所述偏压产生模块包括第一运算放大电路，所述第一运算放大电路用于根据输入的预设固定偏压来输出随着所述感测电阻的阻值变化的第一输出电压。

7.根据权利要求6所述的一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，其特征在于，所述第一运算放大电路包括两个阻值相同的第一电阻，所述预设固定偏压通过其中一个第一电阻输入至所述第一运算放大电路的第一输入端，所述第一运算放大电路的第二输入端通过另一个第一电阻接地，所述第一运算放大电路的第一输入端还通过所述感测电阻接地，所述第一运算放大电路的输出端通过所述感测电阻连接至所述第一运算放大电路的第二输入端。

8.根据权利要求6所述的一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，其特征在于，所述镜像电路包括有依次连接的第一场效应管M₄、第二场效应管M₃，所述M*N阵列电路中的任一列电路都包括有依次连接的第一场效应管M_p、第二场效应管M_n；所述第一稳压电路包括有第一运放反馈电路，所述第二稳压电路包括有第二运放反馈电路，将所述第一输出电压作为所述动态偏置电压，分别输入所述第一运放反馈电路以及所述第二运放反馈电路的第一输入端；所述第一运放反馈电路的第二输入端连接至所述第二场效应管M₃的源极，所述第二运放反馈电路的第二输入端连接至所述第二场效应管M_n的源极；所述第一运放反馈电路的输出端连接至所述第二场效应管M₃的栅极，所述第二运放反馈电路的输出端连接至所述第二场效应管 M_n的栅极。

9.根据权利要求5所述的一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，其特征在于，所述偏压产生模块包括第一运算放大电路和放大倍数为1的差分放大器，所述第一运算放大电路用于根据输入的预设固定偏压以及读出电路的电源电压，来输出随着所述感测电阻的阻值变化的中间输出电压；所述差分放大器的两个输入端分别输入所述读出电路的电源电压和所述中间输出电压，输出端输出第二输出电压。

10.根据权利要求9所述的一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，其特征在于，所述镜像电路包括有依次连接的第一场效应管M₄、第二场效应管M₃，所述M*N阵列电路中的任一列电路都包括有依次连接的第一场效应管M_p、第二场效应管M_n；所述第一稳压电路包括有第一运放反馈电路，所述第二稳压电路包括有第二运放反馈电路，将所述第二输出电压作为动态偏置电压，分别输入所述第一运放反馈电路以及所述第二运放反馈电路的第一输入端；所述第一运放反馈电路的第二输入端连接至所述第一场效应管M₄的源极，所述第二运放反馈电路的第二输入端连接至所述第一场效应管M_p的源极；所述第一运放反馈电路的输出端连接至所述第一场效应管M₄的栅极，所述第二运放反馈电路的输出端连接至所述第一场效应管M_p的栅极。

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