【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光電成像探測，特別涉及一種像素結構可切換的讀出電路及其控制方法。
技術介紹
1、在光電成像
，光電探測器作為核心元件，其性能直接決定了成像系統的整體表現。光電探測器在接收到入射光后，會產生相應的光電流信號，這一信號需經過信號處理電路轉換為可處理的電壓信號，進而實現圖像的采集與重建。讀出電路作為這一轉換過程中的關鍵環節，其設計直接影響到光電成像系統的靈敏度、動態范圍、噪聲水平及線性度等關鍵性能指標。
2、傳統的讀出電路架構往往采用單一的像素單元結構，使得其應用場景受到很大的限制。同時，由于各類單一結構的像素單元因自身性能制約，往往不能同時兼顧積分時間、光電流大小、注入效率、線性度、噪聲等性能特性。
3、例如：自積分型讀出電路(si)的像素單元僅由一個mos開關組成，因此其版圖面積可以做得非常小，然而s?i型像素單元的積分電容為探測器的寄生電容，由于探測器的寄生電容具有非線性，隨著光電流的變化，探測器的偏置電壓會顯著變化，從而引起輸出信號具有極差的線性度；直接注入型讀出電路(di)的像素單元由注入管、積分電容和復位管組成，在中、高強度的輻射條件下，注入管的跨導較大，具有較好的注入效率，然而在輻射強度較低、光生電流較小的應用場景下，由于注入管的跨導變小，輸入阻抗變大，注入效率會顯著降低，因此di型像素單元結構更適用于光生電流較大的中、長波紅外探測器；源極跟隨器型讀出電路(sfd)的像素單元在si型讀出電路像素單元的基礎上增加了一個源極跟隨器結構，增強了驅動能力，其積分電容由光敏器件的寄生電容
技術實現思路
1、針對上述現有技術的不足，本專利技術所要解決的技術問題是：提供一種能夠克服單一像素單元結構讀出電路的局限性的像素結構可切換的讀出電路及其控制方法。
2、為解決上述技術問題，本專利技術采用的一個技術方案是：提供一種像素結構可切換的讀出電路,包括：
3、感光單元，用于將光信號轉換成光電流信號；
4、切換單元，用于將所述感光單元輸出的光電流信號傳輸給第一讀出單元或第二讀出單元；
5、第一讀出單元，用于對所述感光單元產生的光電流信號進行積分，輸出第一電壓信號；
6、第二讀出單元，用于當所述第一讀出單元輸出的第一電壓信號提前飽和時，對所述感光單元產生的光電流信號進行積分，輸出第二電壓信號；以及
7、讀出開關單元，用于將所述第一讀出單元輸出的第一電壓信號或所述第二讀出單元輸出的第二電壓信號傳輸到列輸出總線。
8、進一步的，所述切換單元包括第一開關管φctia和第二開關管φsfd，所述感光單元的光信號輸入端用于接入光信號，所述感光單元的光電流信號輸出端通過第一開關管φctia與所述第一讀出單元的第一光電流信號輸入端電連接，所述感光單元的光電流信號輸出端還通過第二開關管φsfd與所述第二讀出單元的第二光電流信號輸入端電連接，所述第一讀出單元的第一電壓信號輸出端以及所述第二讀出單元的第二電壓信號輸出端均與所述讀出開關單元的第一端電連接，所述讀出開關單元的第二端與所述列輸出總線電連接。
9、進一步的，所述感光單元被限定為光敏元件vd，所述光敏元件vd的感光面接收入射光線以接入光信號，所述光敏元件vd的正極接入電源電壓，所述光敏元件vd的負極通過第一開關管φctia與所述第一讀出單元的第一光電流信號輸入端電連接，所述光敏元件vd的負極還通過第二開關管φsfd與所述第二讀出單元的第二光電流信號輸入端電連接。
10、進一步的，所述第一讀出單元包括運算放大器ad、第一復位管φrs1以及積分電容cint_ctia；所述運算放大器ad的反相輸入端與所述第一開關管φctia的集電極電連接，所述第一開關管φctia的發射極與所述光敏元件vd的負極電連接；所述運算放大器ad的輸出端與所述讀出開關單元的第一端電連接，所述積分電容cint_ctia與所述運算放大器ad并聯，所述第一復位管φrs1的發射極與所述第一開關管φctia的集電極電連接，所述第一復位管φrs1的集電極與所述運算放大器ad的輸出端電連接。
11、進一步的，所述第二讀出單元包括第二復位管φrs2以及源極跟隨器sf；所述第二復位管φrs2的集電極與所述第二開關管φsfd的集電極電連接，所述第二開關管φsfd的發射極與所述光敏元件vd的負極電連接，所述第二復位管φrs2的發射極接地；所述源極跟隨器sf的輸入端與所述第二復位管φrs2的集電極電連接，所述源極跟隨器sf的輸出端與所述讀出開關單元的第一端電連接。
12、進一步的，所述讀出開關單元被限定為第三開關管φsel，所述第三開關管φsel的發射極分別與所述源極跟隨器sf的輸出端和運算放大器ad的輸出端電連接，所述第三開關管φsel的集電極與所述列輸出總線電連接。
13、為解決上述技術問題，本專利技術采用的另一個技術方案是：提供一種像素結構可切換的讀出電路的控制方法，采用所述的像素結構可切換的讀出電路，包括以下步驟：
14、使第一讀出單元對光電流信號進行積分并輸出第一電壓信號；
15、判斷是否滿足第二讀出單元的切換條件；
16、若滿足第二讀出單元的切換條件，則控制切換到第二讀出單元對光電流信號進行積分并輸出第二電壓信號，否則，保持第一讀出單元對光電流信號進行積分。
17、進一步的，所述第二讀出單元的切換條件包括：第一讀出單元輸出的第一電壓信號提前飽和；
18、判斷是否滿足第二讀出單元的切換條件的方法包括：
19、繪制第一讀出單元輸出的第一電壓信號的特性曲線；
20、觀察所述特性曲線是否出現提前飽和的情況；
21、若所述特性曲線出現提前飽和的情況，則判斷滿足第二讀出單元的切換條件，否則，判斷不滿足第二讀出單元的切換條件。
22、進一步的，使第一讀出單元對光電流信號進行積分并輸出第一電壓信號的方法包括：
23、斷開第一開關管φctia，并閉合第一復位管φrs1，以將積分電容cint_ctia中的電荷泄放干凈；
24、將第一復位管φrs1斷開，并閉合第一開關管φctia，以將第一讀出單元與所述感光單元導通，通過積分電容cint_ct本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種像素結構可切換的讀出電路,其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的像素結構可切換的讀出電路，其特征在于：所述切換單元包括第一開關管ΦCTIA和第二開關管ΦSFD，所述感光單元的光信號輸入端用于接入光信號，所述感光單元的光電流信號輸出端通過第一開關管ΦCTIA與所述第一讀出單元的第一光電流信號輸入端電連接，所述感光單元的光電流信號輸出端還通過第二開關管ΦSFD與所述第二讀出單元的第二光電流信號輸入端電連接，所述第一讀出單元的第一電壓信號輸出端以及所述第二讀出單元的第二電壓信號輸出端均與所述讀出開關單元的第一端電連接，所述讀出開關單元的第二端與所述列輸出總線電連接。
3.如權利要求2所述的像素結構可切換的讀出電路，其特征在于：所述感光單元被限定為光敏元件VD，所述光敏元件VD的感光面接收入射光線以接入光信號，所述光敏元件VD的正極接入電源電壓，所述光敏元件VD的負極通過第一開關管ΦCTIA與所述第一讀出單元的第一光電流信號輸入端電連接，所述光敏元件VD的負極還通過第二開關管ΦSFD與所述第二讀出單元的第二光電流信號輸入端電連接。
4.如權
5.如權利要求4所述的像素結構可切換的讀出電路，其特征在于：所述第二讀出單元包括第二復位管ΦRS2以及源極跟隨器SF；所述第二復位管ΦRS2的集電極與所述第二開關管ΦSFD的集電極電連接，所述第二開關管ΦSFD的發射極與所述光敏元件VD的負極電連接，所述第二復位管ΦRS2的發射極接地；所述源極跟隨器SF的輸入端與所述第二復位管ΦRS2的集電極電連接，所述源極跟隨器SF的輸出端與所述讀出開關單元的第一端電連接。
6.如權利要求5所述的像素結構可切換的讀出電路，其特征在于：所述讀出開關單元被限定為第三開關管ΦSEL，所述第三開關管ΦSEL的發射極分別與所述源極跟隨器SF的輸出端和運算放大器AD的輸出端電連接，所述第三開關管ΦSEL的集電極與所述列輸出總線電連接。
7.一種像素結構可切換的讀出電路的控制方法，采用如權利要求1-6任一項所述的像素結構可切換的讀出電路，其特征在于，包括以下步驟：
8.如權利要求7所述的像素結構可切換的讀出電路的控制方法，其特征在于，所述第二讀出單元的切換條件包括：第一讀出單元輸出的第一電壓信號提前飽和；
9.如權利要求7所述的像素結構可切換的讀出電路的控制方法，其特征在于，使第一讀出單元對光電流信號進行積分并輸出第一電壓信號的方法包括：
10.如權利要求7所述的像素結構可切換的讀出電路的控制方法，其特征在于，控制切換到第二讀出單元對光電流信號進行積分并輸出第二電壓信號的方法包括：
...【技術特征摘要】
1.一種像素結構可切換的讀出電路,其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的像素結構可切換的讀出電路，其特征在于：所述切換單元包括第一開關管φctia和第二開關管φsfd，所述感光單元的光信號輸入端用于接入光信號，所述感光單元的光電流信號輸出端通過第一開關管φctia與所述第一讀出單元的第一光電流信號輸入端電連接，所述感光單元的光電流信號輸出端還通過第二開關管φsfd與所述第二讀出單元的第二光電流信號輸入端電連接，所述第一讀出單元的第一電壓信號輸出端以及所述第二讀出單元的第二電壓信號輸出端均與所述讀出開關單元的第一端電連接，所述讀出開關單元的第二端與所述列輸出總線電連接。
3.如權利要求2所述的像素結構可切換的讀出電路，其特征在于：所述感光單元被限定為光敏元件vd，所述光敏元件vd的感光面接收入射光線以接入光信號，所述光敏元件vd的正極接入電源電壓，所述光敏元件vd的負極通過第一開關管φctia與所述第一讀出單元的第一光電流信號輸入端電連接，所述光敏元件vd的負極還通過第二開關管φsfd與所述第二讀出單元的第二光電流信號輸入端電連接。
4.如權利要求3所述的像素結構可切換的讀出電路，其特征在于：所述第一讀出單元包括運算放大器ad、第一復位管φrs1以及積分電容cint_ctia；所述運算放大器ad的反相輸入端與所述第一開關管φctia的集電極電連接，所述第一開關管φctia的發射極與所述光敏元件vd的負極電連接；所述運算放大器ad的輸出端與所述讀出開關單元的第一端電連接，所述積分電容cint_ctia與所述運算放大器ad并聯，所述第一復位管φrs1的發...
【專利技術屬性】
技術研發人員：奚水清，劉佳楊，高若堯，周愛詩，袁俊翔，趙文伯，崔大健，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第四十四研究所，
類型：發明
國別省市：
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