用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准和读出集成电路
阅读：466发布：2020-05-13
专利汇可以提供用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准和读出集成电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种允许对微测热 辐射 计焦平面阵列(FPA)进行片上偏置校准的读出 电路 。读出电路包括用于存储FPA内的多个 像素 的一个或多个偏置值的 存储器 ，所述多个像素设置在FPA内的一列或多列和一或多行中。读出电路还包括列读出器，所述列读出器连接到存储器并且配置为搜索一个或多个偏置值并且基于一个或多个偏置值对从FPA接收的 信号 施加偏置调整。读出电路还包括列多工器，所述列多工器连接到列读出器并配置为对FPA内的一列或多列像素执行动态列选择。，下面是用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准和读出集成电路专利的具体信息内容。
1.一种允许对微测热辐射计焦平面阵列(FPA)进行片上偏置校准的读出电路，包括：
用于存储FPA内的多个像素的一个或多个偏置值的存储器，所述多个像素设置在FPA内的一列或多列和一行或多行中；
列读出器，其连接至存储器并配置为搜索一个或多个偏置值，并基于所述一个或多个偏置值对从FPA接收的信号施加偏置调整；和
一列多工器，其连接至列读出器并配置为对FPA内的一列或多列像素执行动态列选择。
2.根据权利要求1所述的读出电路，还包括比较器，所述比较器配置为通过将从列读出器接收的信号与参考值进行比较来创建反馈，所述反馈用于调整所述一个或多个偏置值。
3.根据权利要求2所述的读出电路，还包括连接至所述存储器和所述比较器的控制器，所述控制器配置为基于来自所述比较器的反馈生成校准数据，所述控制器配置为将生成的校准数据写入所述存储器。
4.根据权利要求3所述的读出电路，其中，所述FPA、所述存储器、所述控制器和所述比较器配置为位于读出集成电路上。
5.根据权利要求3所述的读出电路，其中，所述控制器为逐次逼近寄存器(SAR)，并且进一步配置为执行二进制搜索以找到要在调整所述一个或多个偏置值中使用的所述一个或多个偏置值。
6.根据权利要求1所述的读出电路，还包括数字控制器，所述数字控制器配置为生成用于通过所述列读出器施加所述偏置调整的定时，用于控制所述列读出器中的开关的定时，用于与外部电子设备通信的定时以及用于通过列多工器进行动态列选择的定时。
7.根据权利要求1所述的读出电路，还包括输出缓冲器，其连接到所述列多工器并且配置为从所述列多工器输出得到的信号。
8.根据权利要求1所述的读出电路，其中，所述读出电路还包括行多工器，所述行多工器连接到所述列读出并且配置为对所述FPA内的一行或多行执行动态行选择。
9.根据权利要求1所述的读出电路，其中，所述列读出器包括连接至所述列多工器的检测器信号放大器，所述检测器信号放大器配置为在已经施加所述偏置调整之后放大所述输出信号。
10.根据权利要求9所述的读出电路，其中，所述检测器信号放大器包括多个晶体管，所述多个晶体管包括P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管和N型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管或PNP型双极结型晶体管和NPN型双极结型晶体管(BJT)。
11.根据权利要求1所述的读出电路，其中，所述读出电路的部件配置为全部位于读出集成电路上。
12.一种微测热辐射计检测器的片上偏置校准的方法，包括：
为所述微测热辐射计检测器的焦平面阵列中的像素设置偏置值；
根据像素的偏置值生成输出电压；
比较输出电压与目标电压；
基于输出电压与目标电压的比较调整偏置值；以及
将像素的调整后的偏置值存储在存储器中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，调整所述偏置值包括：
当输出电压大于目标电压时，将偏置值的位设置为0；以及
当输出电压小于目标电压时，将偏置值的位设置为1。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，调整所述偏置值包括：
当输出电压大于目标电压时，将偏置值的位设置为1；以及
当输出电压小于目标电压时，将偏置值的位设置为0。
15.一种允许对微测热辐射计焦平面阵列(FPA)进行片上偏置校准的读出电路，包括：
存储器，用于存储像素的偏置值，所述像素为FPA内的多个像素之一；
连接到所述存储器的检测器偏置装置，所述检测器偏置装置配置为搜索偏置值并基于所述偏置值施加偏置调整；
检测器信号放大器，所述检测器信号放大器连接至检测器偏置装置并配置为放大输出信号；以及
连接到检测器信号放大器的检测器信号多工器。
16.根据权利要求15所述的读出电路，还包括：
比较器，所述比较器配置为通过将从FPA接收的信号与参考值进行比较来创建反馈，所述反馈用于调整所述一个或多个偏置值。
17.根据权利要求16所述的读出电路，还包括连接至所述存储器和所述比较器的控制器，所述控制器配置为基于来自所述比较器的反馈生成校准数据，所述控制器配置为将生成的校准数据写入所述存储器。
18.根据权利要求17所述的读出电路，其中，所述控制器为逐次逼近寄存器(SAR)，并且进一步配置为执行二进制搜索以找到要在调整所述一个或多个偏置值中使用的所述一个或多个偏置值。
19.根据权利要求17所述的读出电路，其中，所述FPA、所述控制器、所述存储器和所述比较器配置为位于读出集成电路上。
20.根据权利要求15所述的读出电路，其中，所述读出电路的部件全部配置为位于读出集成电路上。
用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准和读出集成电路
相关申请的交叉引用
[0001] 本申请要求于2017年4月11日提交的标题为“ON-CHIP BIAS CALIBRATION FOR MICROB OLOMETER DETECTORS AND READOUT INTEGRATED CIRCUITS(用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准和读出集成电路)”的美国临时申请No.62/484,109的优先权和权益，在此通过引用整体并入本文。
背景技术
1.技术领域
[0004] 2.相关技术
[0005] 诸如相机之类的设备与基于微测热辐射计的成像传感器之间的集成利用两者的部件来相互作用和执行基于微测热辐射计的成像传感器的焦平面阵列的像素的校准，因为像素在像素阵列上输出不均匀电压。集成和连接利用例如相机的部件与传感器的部件通信，以对传感器上的像素进行偏置校准。这在设计相机时引入了更多的复杂性、部件和通信协议。
[0006] 因此，片上偏置自校准微测热辐射计检测器减少了开发与微测热辐射计检测器连接的其他设备(例如相机)的部件数量和设计复杂性。发明内容
[0007] 除非另外明确指出，否则前述特征和元件可以以各种组合没有排他性地组合。根据以下描述和附图，这些特征和元件及其操作将变得更加显而易见。然而，应当理解，以下描述和附图本质上是示例性的而非限制性的。
[0008] 公开了一种用于微测热辐射计焦平面阵列(FPA)的读出电路组件。读出电路组件包括用于存储FPA内的多个像素的一个或多个偏置值的存储器，所述多个像素设置在FPA内的一列或多列和一行或多行中。读出电路组件还包括列读出器，所述列读出器连接到存储器并且配置为搜索一个或多个偏置值并且基于一个或多个偏置值对从FPA接收的信号施加偏置调整。读出电路组件还包括列多工器，所述列多工器连接到列读出器并配置为对FPA内的一列或多列像素执行动态列选择。
[0009] 公开了一种用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准的方法。用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准的方法包括为微测热辐射计检测器的焦平面阵列中的像素设置偏置值。用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准的方法还包括基于像素的偏置值生成输出电压。用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准的方法还包括将输出电压与目标电压进行比较。用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准的方法还包括基于输出电压与目标电压的比较来调整偏置值。用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准的方法还包括在存储器中存储像素的调整后的偏置值。
[0010] 公开了一种用于微测热辐射计焦平面阵列(FPA)的读出电路组件。读出电路组件包括用于存储像素的偏置值的存储器，所述像素为FPA内的多个像素之一。读出电路组件还包括连接到存储器的检测器偏置装置，所述检测器偏置装置配置为搜索偏置值并基于所述偏置值施加偏置调整。读出电路组件还包括检测器信号放大器，所述检测器信号放大器连接至检测器偏置装置并配置为放大输出信号。读出电路组件还包括连接到检测器信号放大器的检测器信号多工器。
附图说明
[0011] 通过检查以下附图和详细描述，本发明的其他系统、方法、特征和优点对于本领域普通技术人员将是或将变得显而易见。所有这种另外的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内，在本发明的范围内，并由所附权利要求书保护。附图中所示的组成部分不一定按比例绘制，并且可以夸大以更好地说明本发明的重要特征。在附图中，贯穿不同的视图，相同的附图标记表示相同的部分，其中：
[0012] 图1为根据本发明的一方面的读出电路的框图，所述读出电路允许对微测热辐射计检测器焦平面阵列(FPA)进行片上偏置校准。
[0013] 图2为根据本发明的一方面的读出电路的框图，所述读出电路允许对微测热辐射计检测器焦平面阵列(FPA)进行片上偏置校准。
[0014] 图3为根据本发明的一方面的读出电路的框图，所述读出电路允许对微测热辐射计检测器焦平面阵列(FPA)进行片上偏置校准。
[0015] 图4为根据本发明的一方面的读出电路的框图，所述读出电路允许对微测热辐射计检测器焦平面阵列(FPA)进行片上偏置校准。
[0016] 图5为根据本发明的一方面的读出电路的框图，所述读出电路允许对微测热辐射计检测器焦平面阵列(FPA)进行片上偏置校准。
[0017] 图6为根据本发明的一方面的读出电路的框图，所述读出电路允许对微测热辐射计检测器焦平面阵列(FPA)进行片上偏置校准。
[0018] 图7为根据本发明的一方面，允许片上偏置校准的读出架构的示例电路图。
[0019] 图8为根据本发明的一方面，执行二进制搜索的读出电路的示例的图像。
[0020] 图9为根据本发明的一方面，示例性读出电路布局。
[0021] 图10为根据本发明的一方面，用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准的方法的流程图。
具体实施方式
[0022] 在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本公开的理解。然而，对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些的情况下实施本公开的元件。在其他情况下，公知的结构和技术未详细示出，以避免不必要地使本公开模糊。
[0023] 图1为根据本发明的一方面，允许对微测热辐射计检测器进行片上偏置校准的读出电路100的框图。读出电路100可以连接到微测热辐射计检测器和输出。
[0024] 基于微测热辐射计的成像传感器可以包括读出集成电路(ROIC)。基于微测热辐射计的成像传感器可以具有微测热辐射计检测器阵列、焦平面阵列(FPA)，或位于ROIC上的其他阵列。FPA可以具有多个像素，被组织以形成具有一个或多个像素行和/或一个或多个像素列的阵列。多个像素内的每个像素可以对应于FPA内的离散的行和/或离散的列。当微测热辐射计检测器接收到红外辐射时，检测器信号可以由多个像素中的每个像素产生。每个像素的所得检测器信号可以是均匀的或不均匀的。
[0025] 为了校正不均匀信号，可以使用读出电路100对多个像素内的每个像素执行偏置校准。偏置校准可以补偿每个像素的检测器信号的不均匀性，从而使所得检测器信号更加均匀，进而有助于减少噪声，增加动态范围，实现更高的读出增益，放宽读出电路100内部对模拟电路块的输入-输出电压摆幅的要求，并且扩大了传感器的工作温度范围。在一些实施例中，检测器偏置且从而检测器偏置校准可以以电压的形式。在其他实施例中，检测器偏置且从而检测器偏置校准可以以电流的形式。
[0026] 入射的红外辐射可以首先被微测热辐射计检测器接收。然后得到的检测器信号可以由微测热辐射计检测器产生，随后被读出电路100接收并放大。然后偏置校准可以根据接收到的检测器信号由读出电路100执行。然后得到的经偏置校准的检测器信号可以由读出电路100输出。
[0027] 如图1所示，读出电路100可以包括连接至列读出器110和微测热辐射计检测器的行多工器116、连接至列读出器110和比较器134的缓冲器112，以及连接至控制器102和列读出器110的存储器104。在一些实施例中，读出电路100可以是片上的。即，读出电路100可以完全在基于微测热辐射计的成像传感器上，其本身包括ROIC。在其他实施例中，读出电路100的一个或多个部件可以位于基于微测热辐射计的成像传感器的外部。在一些实施例中，数字控制器或定时发生器可以产生用于读出电路100的必要的定时。在一些实施例中，必要的定时可以由控制器102的一部分产生。
[0028] 列读出器110可以包括检测器偏置装置106、检测器信号放大器101和列多工器114。在一些实施例中，读出电路100的各种部件可以对列读出器110可以是局部的(即，各种部件可以包括在列读出器110中，或者各种部件对于列读出器110可以是全局的)。在一些实施例中，每个列读出器110可以对应于FPA内的一个或多个像素列。
[0029] 来自微测热辐射计检测器的检测器信号可以首先经由行多工器116通过选择FPA行来接收。在一些实施例中，行多工器116可以配置为执行动态行选择并且对于FPA内的选择的像素行多路复用每个像素的检测器信号。在行多工器116执行了动态行选择并已多路复用接收到的检测器信号之后，可以通过控制检测器偏置装置106的片上检测器偏置校准电路105对检测器信号执行偏置校准。
[0030] 检测器偏置装置106根据来自片上偏置校准电路105中的存储器104的反馈，为FPA的像素生成一个或多个偏置值，可以通过在存储器104内执行连续近似来对检测器信号执行偏置校准。搜索可以是找到针对FPA的像素的一个或多个偏置值，存储在存储器104中。偏置值可包括偏置校准，补偿每个像素的电信号的不均匀性。在一些实施例中，针对多个像素内的每个像素对偏置值进行优化。检测器偏置装置106可以使用一个或多个晶体管形成。在一些实施例中，检测器偏置装置106可以使用单级或多级数模转换器形成。在一些实施例中，数模转换器可以配置用于电压输出。在其他实施例中，数模转换器可以配置用于电流输出。
[0031] 在检测器偏置装置106已经从存储器104检索到一个或多个偏置值之后，检测器偏置装置106可以对检测器信号施加偏置调整。在一些实施例中，偏置调整可以是偏置电压或偏置电流。所施加的偏置电压或偏置电流可以基于从存储器104检索的偏置值。
[0032] 存储器104可以存储针对多个像素内的每个像素的偏置值。在一些实施例中，存储器104可以是随机存取存储器(RAM)或其他易失性或非易失性存储器。存储器104可以是非暂态存储器或数据存储设备，并且可以进一步存储机器可读指令。
[0033] 在一些实施例中，检测器偏置装置106可以与参考检测器通信。参考检测器可以配置为消除来自微测热辐射计检测器的不需要的信号或噪声。在一些实施例中，偏置校准也可以在参考检测器上执行。用于参考检测器的偏置校准数据可以存储在存储器104中。在其他实施例中，用于参考检测器的偏置校准数据可以存储在与存储器104分开的存储器模块中。
[0034] 在一些实施例中，在已经将偏置调整应用于检测器信号之后，得到的调整后的检测器信号可以由检测器放大器101接收。检测器信号放大器101可以配置为放大检测器信号。检测器信号放大器101可以使用一个或多个晶体管、开关电容器积分器和线路驱动器来形成。线路驱动器可以具有单位增益配置。所述一个或多个晶体管可以是p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管和/或n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。所述一个或多个晶体管可以是PNP型双极结型晶体管和/或NPN型双极结型晶体管(BJT)。
[0035] 在检测器信号已经由检测器信号放大器101放大之后，然后得到的放大的检测器信号可以由列多工器114接收。列多工器114可以配置为执行动态列读出输出选择并且对于FPA内的像素的选定列多路复用每个像素的检测器信号。在一些实施例中，来自列多工器114的得到的输出信号由将输出信号驱动到输出的缓冲器112接收。在其他实施例中，来自列多工器114的得到的输出信号直接由输出接收。
[0036] 如图1所示，缓冲器112配置为视频缓冲器，然而，可以使用诸如外部缓冲器、数字缓冲器或模拟缓冲器之类的其他配置。
[0037] 在校准模式期间，输出信号可以用于校准随后施加到检测器信号的偏置调整。在校准模式期间，比较器134可以将输出电压或输出电流与参考目标电压或参考目标电流进行比较，在图1中为Vtarget。在比较之后，比较器134可以生成二进制反馈并将其提供给控制器102，控制器102生成要施加在相应检测器上的偏置数据并将其写入存储器104。
[0038] 在一些实施例中，参考目标电压可以是在FPA的所有像素上均匀的目标电压，使得FPA的每个像素的输出电压基本相同。在其他实施例中，参考目标电流可以是在FPA的所有像素上均匀的目标电流，使得FPA的每个像素的输出电流基本相同。
[0039] 如图1所示，比较器134包括模拟比较器；然而，可以使用其他配置，例如数字比较器。比较器134也描述为全局比较器，而在其他实施例中，比较器134可以是局部比较器。在一些实施例中，比较器134可以位于列读出器110上。在其他实施例中，比较器134可以位于列读出器110外部。
[0040] 在一些实施例中，控制器102可以配置为在校准模式期间生成新的偏置值。控制器102可以从比较器134接收二进制反馈，从存储器104读取偏置值，基于来自比较器134的二进制反馈生成新的偏置值，并且针对FPA的每个像素将新的偏置值写入存储器104。在控制器102已经将新的偏置值写入存储器104之后，检测器偏置装置106然后可以如前所述将基于新的偏置值的偏置调整应用于检测器信号。在一些实施例中，控制器102可以是逐次逼近寄存器(SAR)控制器。
[0041] 在一些实施例中，校准模式可以是离散级数。在其他实施例中，校准模式可以是偏置校准环路的一部分。
[0042] 图2为根据本发明的各个方面的系统200的框图。系统200类似于系统100，并且相似的部件相似地编号。
[0043] 系统200可以包括类似于行多工器116的行多工器216，类似于列读出器110的列读出器210，类似于缓冲器112的缓冲器212，类似于控制器102的控制器202，以及类似于存储器104的存储器204。
[0044] 同样，列读出器210的部件类似于列读出器110的部件。检测器偏置装置206类似于检测器偏置装置106，检测器信号放大器201类似于检测器信号放大器101，列多工器214类似于列多工器114。
[0045] 如图2所示，全局模数转换器(ADC)208可以连接到缓冲器212和比较器234。在其他实施例中，当不存在缓冲器212时，ADC 208可以连接到列多工器214。ADC 208可以配置为数字化从缓冲器212或列多工器214接收的并由比较器234接收的输出信号。在一些实施例中，ADC 208可以位于ROIC上。在其他实施例中，ADC 208可以位于ROIC之外。
[0046] 根据一些实施例，比较器234可以为数字比较器。由ADC 208处理的输出信号可以随后用于生成新的偏置值，并且在校准模式期间将偏置调整应用于后续信号。在校准模式期间，比较器234可以将数字化的输出与预定的目标值(图2中为Dtarget)进行比较。类似于比较器134，在比较之后，比较器234可以生成二进制反馈并将其提供给控制器202，控制器202生成要施加在相应的检测器上的偏置数据并将其写入存储器204。
[0047] 图3为根据本发明的各个方面的系统300的框图。系统300类似于系统100和200，并且相似的部件相似地编号。
[0048] 系统300可以包括类似于行多工器116和216的行多工器316，类似于缓冲器112和212的缓冲器312，类似于控制器102和202的控制器302，以及类似于存储器104和204的存储器304。
[0049] 在一些实施例中，全局模数转换器(ADC)308可以连接到缓冲器312。在一些实施例中，ADC 308可以位于ROIC上。在其他实施例中，ADC 308可以位于ROIC之外。
[0050] 如图3所示，列读出器310可以包括检测器偏置装置306、检测器信号放大器301、列多工器314和比较器334。检测器偏置装置306、检测器信号放大器301、列多工器314和比较器334均位于列读出器310局部。
[0051] 比较器334包括局部模拟比较器，配置为将来自检测器信号放大器301的得到的检测器信号与参考目标电压(图3中的Vtarget)进行比较，类似于图1中的比较器134的操作。在比较之后，比较器334可以生成二进制反馈并将其提供给控制器302，控制器302生成要施加在相应检测器上的偏置数据并将其写入存储器304。
[0052] 图4为根据本发明的各个方面的系统400的框图。系统400类似于系统100、200和300，并且相似的部件相似地编号。
[0053] 系统400可以包括类似于行多工器116、216和316的行多工器416，类似于控制器102、202和302的控制器402，以及类似于存储器104、204和304的存储器404。
[0054] 同样，列读出器410的部件类似于列读出器310的部件。检测器偏置装置406类似于检测器偏置装置306，检测器信号放大器401类似于检测器信号放大器301，列多工器414类似于列多工器314。列读出器410还可包括类似于图3中的比较器334的局部比较器434，除了比较器434是数字的。列读出器410还可以包括连接到列多工器414和比较器434的ADC 408。
[0055] ADC 408可以配置为数字化从检测器信号放大器401接收的并由比较器434接收的输出信号。在一些实施例中，来自ADC 408的检测器信号可以随后用于在校准模式期间生成新的偏置值并且在后续信号上施加偏置调整。在校准模式期间，比较器434可以将数字化的输出与预定的目标值(图4中为Dtarget)进行比较。类似于比较器234，在比较之后，比较器434可以生成二进制反馈并将其提供给控制器402，控制器202生成要施加在相应的检测器上的偏置数据并将其写入存储器404。
[0056] 如图4所示，列读出器410可以包括全部位于列读出器410局部的检测器偏置装置406、检测器信号放大器401、局部ADC 408、列多工器414和数字比较器434。
[0057] 图5为根据本发明的各个方面的系统500的框图。系统500类似于系统100、200、300和400，并且相似的部件相似地编号。
[0058] 系统500可以包括类似于行多工器116、216、316和416的行多工器516，类似于控制器102、202、302和402的控制器502，以及类似于存储器104、204、304和404的存储器504。
[0059] 同样，列读出器510的部件类似于列读出器410的部件。检测器偏置装置506类似于检测器偏置装置406，检测器信号放大器501类似于检测器信号放大器401，ADC 508类似于ADC 408，列多工器514类似于列多工器414。
[0060] 如图5所示，列读出器510可以包括检测器偏置装置506、检测器信号放大器501、局部ADC 508和列多工器514。检测器偏置装置506、检测器信号放大器501、ADC 508和列多工器514均位于列读出器510局部。
[0061] 在一些实施例中，比较器534可以是全局数字比较器。也就是说，比较器534对于列读出器510不是局部的。如图5所示，比较器534可以连接到列多工器514和控制器502。然后，在校准模式期间，可以使用由列多工器514处理的输出信号来校准后续信号。在校准模式期间，比较器534可以将数字化的输出与图5中的预定目标值Dtarget进行比较。在比较之后，比较器534可以生成二进制反馈并将其提供给控制器502，控制器502生成要施加在相应的检测器上的偏置数据并将其写入存储器504。
[0062] 图6为根据本发明的各个方面的系统600的框图。系统600类似于系统100、200、300、400和500，并且相似的部件相似地编号。
[0063] 系统600描述为利用像素级读出架构来为每个像素执行片上偏置校准。像素的数量可以等于像素读出器的数量。因此，每个像素可以具有其自己的对应系统，类似于系统600，用于偏置校准。这样，每个像素可以具有局部校准存储器604、局部校准控制器602和/或局部比较器634，例如模拟比较器。局部校准存储器604可以用于存储相应像素的校准数据。局部校准存储器604、局部校准控制器602和/或局部模拟比较器634可以嵌入到像素级读出电路中。局部模拟比较器将检测器信号放大器601的输出与图6中的目标电压Vtarget进行比较，并且生成二进制反馈到局部校准控制器602。
[0064] 图7为根据本发明的一方面，允许片上偏置校准的读出架构的电路图。读出电路700能够仅利用片上部件来自校准偏置电压。即，读出电路700与微测热辐射计检测器集成在一起并且是自校准的。通过将部件集成在片上，可以减少相机或其他设备上的电子器件数量。此外，由于校准部件完全位于片上，因此其他设备或相机与微测热辐射计检测器和/或ROIC的集成就没那么复杂，因为其他设备或相机与微测热辐射计检测器和/或ROIC之间的通信和/或接口数量减少了。
[0065] 读出电路700包括连接到存储器704的控制器702。控制器702可以是逐次逼近寄存器(S AR)控制器。控制器702执行二进制搜索以找到FPA的像素的目标偏置值，控制器702将其存储在存储器704中。目标偏置值为像素的最佳偏置校准点。控制器702生成像素的目标偏置值。控制器702根据从包括列多工器和模拟/数字缓冲器712的反馈回路接收的反馈来产生校准的偏置数据。控制器702从存储器704读取校准的偏置数据以生成偏置电压，并且针对FPA的每个像素将校准的偏置数据写回到存储器704中以校准偏置电压。控制器702从存储器704读取最新的校准的偏置数据以生成偏置电压，并且针对FPA的每个像素将新的校准的偏置数据写回到存储器704中以在校准模式期间校准偏置电压。每个像素的校准偏置数据为补偿FPA中的每个像素的电信号的不均匀性的偏置校准。对每个像素偏置进行校准，以便整个FPA上每个像素的电信号更均匀，从而降低噪声、增大动态范围、实现更高的读出增益、放宽读出电路100内部模拟电路模框的输入-输出电压摆幅要求，以及扩展传感器的工作温度范围。
[0066] 读出电路700包括存储器704。存储器704可以是随机存取存储器(RAM)或其他易失性或非易失性存储器。存储器704可以是非暂态存储器或数据存储设备，并且可以进一步存储机器可读指令。存储器704位于片上，并且可以存储每个像素的校准偏置数据，所述每个像素的校准偏置数据基于所选像素被反馈到检测器偏置装置706。如图7所示，检测器偏置装置706构成数模转换器(DAC)707a-b和晶体管709a-b。
[0067] 读出电路700包括列读出710。列读出器710可以包括检测器偏置装置706、放大信号的检测器信号放大器701和/或列多工器714。列读出器710可以具有多个列读出电路710a-e，用于读取每一行和每一列中的像素的输出。列读出电路可以为任何数量，并且通过执行动态行选择的动态行解码器逐行选择连接到列读出电路710a-e的像素。
[0068] 检测器偏置装置706可以由单级或多级电压或电流模式数模转换器(DAC)707a-b和晶体管709a-b组成。连接到存储器704的DAC 707a-b产生用于微测热辐射计检测器的像素的偏置电压或电流，并且基于相应像素的偏置数据值将偏置电压或电流反馈到列读出器710的一个或多个晶体管709a-b。
[0069] 一个或多个DAC 707a-b中的每一个可具有多位(m位)输入和连接到一个或多个晶体管709a-b的输出。一个或多个DAC 707a-b可以对每个像素的不同偏置电压执行偏移校正。即，可以通过一个或多个m位DAC来设置每个像素的参考像素偏置和检测器像素偏置，以均衡所有像素的输出电压(Vout)。
[0070] 检测器信号放大器701通过吸收入射的红外功率来放大由微测热辐射计检测器生成的信号。检测器信号放大器701可以使用一个或多个晶体管709a-b、开关电容器积分器724和线路驱动器726来形成。
[0071] 所述一个或多个晶体管709a-b可以是p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管和/或n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。在一些实施例中，可以连接一个或多个电阻器。所述一个或多个晶体管709a-b可以具有输入，该输入从一个或多个DAC 707a-b接收偏置电压Vp或Vn，并且具有输出，该输出将偏置电压发送到开关电容器积分器724。随着偏置电压Vp或Vn增大，输出电压Vout增大，因为积分电流Iint减小了。
[0072] 开关电容器积分器724具有一个或多个开关720a-c，开关720a和720c例如可以配置为复位积分电容器722和运算放大器728上的电荷。积分电容器722可以由积分电流充电。开关电容器积分器724连接到电容器729Chold，并且像素的输出电压可以存储在电容器
729Chold中。像素的输出电压可以由线路驱动器726缓冲。
729Chold中。像素的输出电压可以由线路驱动器726缓冲。
[0073] 线路驱动器726包括运算放大器730。运算放大器730具有接收来自开关电容器积分器724的输出电压的输入引脚以及接收来自运算放大器730的输出电压的另一输入引脚。线路驱动器726缓冲输出电压，并将输出电压提供给列多工器，列多工器对输出电压进行多路复用并将其提供给模拟/数字缓冲器712。
[0074] 读出电路700包括由控制器702、存储器704、列多工器和模拟/数字缓冲器712形成的反馈回路。列多工器720d执行动态列选择，并且对由动态行解码器选择的所选行的每个像素的输出电压进行多路复用。行解码器通过关闭相应的开关来选择行。列多工器720d和模拟/数字缓冲器712将模拟或数字化像素输出反馈提供给比较器734。在一些实施例中，每个列读出电路710a-e包括比较器734。
[0075] 比较器734可以将输出电压与参考电压进行比较，并将反馈提供给控制器702。参考电压可以是在FPA的所有像素上均匀的目标电压，使得FPA的每个像素的输出电压相同。在校准期间，比较器734的二进制输出由控制器702锁存。定时发生器可以产生用于读出电路700的必要定时，并且锁存比较器734的输出。比较器734的输出的锁存与输出开关同步地执行。比较器734可以连接到开关电容器积分器724或线路驱动器726的输出，以同时产生同一行中的像素的偏置电压。比较器734将二进制输出电压提供给控制器702，控制器702生成要施加在相应检测器上的偏置数据，并将其写入存储器704。
[0076] 图8为根据本发明的一方面执行二进制搜索的读出电路100的图像。读出电路100可以使用读出电路100的控制器102来实施二进制搜索，以校准每个像素的偏置电压。校准开始于根据校准模式将所有像素(参考像素和/或检测器像素二者)的偏置值设置为DAC电压范围的中间值。设置在DAC范围的中间的像素的偏置值对应于将偏置值的最高有效位(MSB)设置为1，其余位设置为0。在读取状态期间，比较器134的输出电压由控制器102检查，并且产生新的检测器偏置数据，然后将其写入对应像素的存储器104中。在设置MSB之后，将输出电压提供给比较器134，比较器134将输出电压与参考电压或目标电压进行比较。如果输出电压大于目标电压，则将相应的位设置为0，否则，当输出电压小于目标电压时，将相应的位设置为1。将偏置值写入存储器104中用于对应像素。取决于检测器偏置架构和比较器输入连接，1和0可能会改变。读出电路100移至下一位以重复输出电压与目标电压之间的比较，并将偏置值写入相应的像素。重复该过程，直到计算出偏置值的最低有效位为止，此时存储的最终偏置值产生近似等于目标电压的输出电压。
[0077] 图9为根据本发明的一方面，示例性读出电路布局900。读出电路布局900类似于系统100、200、300、400、500和600，并且相似的部件相似地编号。
[0078] 读出电路布局900可以包括类似于存储器104、204、304、404、504和604的存储器904，类似于控制器102、202、302、402、502和602的控制器902，类似于列多工器114、214、
314、414和514的列多工器914，类似于行多工器116、216、316、416和516的行多工器916，类似于检测器偏置装置106、206、306、406、506和606的检测器偏置装置906，类似于缓冲器
112、212和312的缓冲器912以及类似于比较器134、234、334、434、534和634的比较器934。
314、414和514的列多工器914，类似于行多工器116、216、316、416和516的行多工器916，类似于检测器偏置装置106、206、306、406、506和606的检测器偏置装置906，类似于缓冲器
112、212和312的缓冲器912以及类似于比较器134、234、334、434、534和634的比较器934。
[0079] 如图9所示，读出电路布局900和FPA的部件均位于读出集成电路上。
[0080] 图10为根据本发明的一方面，用于微测热辐射计检测器的片上偏置校准的方法的流程图。读出电路可以配置为为微测热辐射计检测器的焦平面阵列中的像素设置偏置值(步骤1001)。在一些实施例中，偏置值的设置可以通过读出电路的列读出器来执行。在其他实施例中，偏置值的设置可以由读出电路的控制器执行。
[0081] 然后，读出电路可以基于像素的偏置值生成输出电压(步骤1002)。产生的输出电压量取决于检测器偏置装置的输出。在一些实施例中，读出电路然后可以基于像素的偏置值来产生输出电流。
[0082] 然后，读出电路可以将输出电压与目标电压进行比较(步骤1003)。在一些实施例中，输出电压与目标电压的比较可以由比较器执行。比较器可以配置为模拟或数字比较器。在一些实施例中，读出电路可以将输出电流与目标电流进行比较。
[0083] 然后，读出电路可以基于输出电压与目标电压的比较来调整偏置值(步骤1004)。偏置值的调整可以由控制器执行。在一些实施例中，读出电路可以基于输出电流和目标电流的比较来调整偏置值。在一些实施例中，在步骤1004中读出电路已经调整偏置值之后，读出电路然后可以重复步骤1002并基于像素的偏置值来产生新的输出电压。这可以发生在离散的级数上，或者可以是连续回路的一部分。
[0084] 在一些实施例中，偏置值的调整可以包括当输出电压大于目标电压时将偏置值的位设置为0。偏置值的调整可以另外包括当输出电压小于目标电压时将偏置值的位设置为1。
[0085] 在其他实施例中，偏置的调整可包括当输出电压大于目标电压时将偏置值的位设置为1。偏置值的调整可以另外包括当输出电压小于目标电压时将偏置值的位设置为0。
[0086] 读出电路然后可以将针对像素的调整后的偏置值存储在存储器中(步骤1005)。存储像素的调整后的偏置值可以由控制器执行。
[0087] 提供了对所公开的示例实施例的前述描述，以使本领域的普通技术人员能够制造或使用本发明。对这些示例的各种修改对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文公开的原理可以应用于其他示例。所描述的实施例在所有方面仅应被认为是说明性的而不是限制性的，因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是前述说明书指示。落入权利要求等同含义和范围内的所有改变均应包含在其范围之内。
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