红外探测器的读出电路

读出电路是红外探测器(尤其是红外焦平面阵列探测器)当中的十分重要的环节，充当红外探测器光电信号与系统处理电路的沟通桥梁。在光电信号转化过程中，一方面电流信号较小，读出电路可放大微弱的电流信号；另一方面，数十至成百上千的探测元信号依次传输到读出电路的单个输出端，读出电路实现信号多路传输。合适的读出电路设计可降低噪声，提升红外探测器的性能。

读出电路由M×N像素级输入单元电路阵列、列级采样/保持电路、行和列级移位寄存器及输出放大级等几部分组成，其构成图如下。此外，读出电路的单元电路面积由探测器像元尺寸决定，因此读出电路作为主要组成部分需不断适应红外探测器的发展需求。

图片来源：《第三代红外焦平面探测器读出电路》

在读出电路中，电荷存储能力、噪声、电路动态范围、积分时间、读出帧频、功耗等是主要性能参数。其中，增大电荷存储能力和动态范围有利于提高探测器灵敏度，低噪声和低功耗也是电路设计必须考虑的关键因素，提高积分时间则更有利于电压信号高效读出，读出电路的帧频一般要求大于100f/s。

未来，读出电路的接口会越来越简单，减少不必要的引线，在焦平面内部即可产生控制电路的积分、采样、读出、开窗等功能的时序波形，以及需要的电路偏置电压，并会朝着光纤、数字接口的方向发展；其次，读出电路中集成模数转换器，直接提供数字信号给后级电路，可大幅度地降低模拟信号传输过程中的噪声，提高电路的信噪比。另外，随着像元尺寸的减小，还可通过设计读出电路的结构设计和工艺提升，保证电荷存储能力，实现较高的灵敏度。