具有温度自适应偏置的辐射热检测器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及具有温度自适应偏置的辐射热检测器。一种红外检测器，包括检测辐射热测量计的阵列（12），每个检测辐射热测量计包括悬置在基底上方的测辐射热膜，以及与辐射热测量计中的每一个相关联的：检测支路，包括辐射热测量计和根据电压设定点来执行偏置的电路；补偿支路，包括热化至基底的补偿辐射热测量计和根据电压设定点来执行偏置的电路；以及积分器，用于通过对流经支路的电流之差进行积分来生成电压。装置包括用于控制电压设定点的电路（50），其具有用于生成取决于基底温度的量的电路（44、46）以及用于根据量来生成电压设定点的电路（48）。
【专利说明】具有温度自适应偏置的辐射热检测器
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及辐射热红外成像和高温测量的领域。更具体地，本发明涉及一种辐射热检测器，其包括由悬置在基底上方的膜形成的辐射热测量计的阵列。
【背景技术】
[0002]在所谓的“热”红外检测器的领域，已知的是使用能够在环境温度下进行操作的、对红外辐射敏感的一维或二维元件阵列。
[0003]热红外检测器一般根据其温度使用所谓的“测温”或“测辐射热”的材料的物理量的变化。最近，该物理量是所述材料的电阻率，其强烈依赖于温度。检测器的单位敏感元件或“辐射热测量计”通常为膜的形式，每个膜包括一层测温材料，并且经由具有高热电阻的支承臂而悬置在通常由硅制成的基底上方，悬置膜的阵列通常被称为“视网膜”。
[0004]特别地,这种膜实现入射辐射吸收功能、将所吸收的辐射的功率转化为热功率的功能、以及将所生成的热功率转换为测温材料的电阻率的变化的测温功能，这样的功能由一个或更多个不同的元件实现。
[0005]此外，膜的支承臂也是传导性的并且连接至所述膜的测温层，通常在上方悬置有膜的基底中形成有:用于依次对膜的测温元件进行寻址和加偏压的装置以及用于以视频格式形成有用电信号的装置。基底和所集成的装置通常被统称为“读取电路”。
[0006]通常在非常低的压力下将检测器的读取电路和敏感视网膜集成在密封封装中，该密封封装设置有对感兴趣的辐射(其通常具有在8微米至14微米范围内的波长)透明的窗。此范围对应于大气的透明窗并且与源于300K附近的场景的大部分辐射相对应。为了通过这样的检测器获得热或高温测量图像，通过自适应光学系统将场景聚焦到其上布置有视网膜的焦平面，并且经由读取电路向辐射热测量计中的每个辐射热测量计或这样的辐射热测量计的每行施加定时电刺激，以获得形成由所述基本检测器中的每个检测器达到的温度的图像或测量值的Video (视频)电信号。该信号可以直接由读取电路以或多或少复杂的方式进行成形，然后以模拟或数字的形式被传输到在封装外部的电子系统。该电子系统通常对由检测器传递的每个视频帧施加各种校正，特别是校正空间偏移和增益色散(称为“NUC”(非均匀校正))，以生成能够被显示的热图像或高温测量图像，或者更通常地供从所观察场景形成的信号的使用。
[0007]这样的检测器在制造成本和使用方面具有许多优点，但也具有在缺少具体预防措施时可能限制其性能的缺点。
[0008]更具体地，当基底温度变化之后、特别是外部条件变化时，产生在辐射热测量计的输出端处的平均信号漂移的问题，这基本上反映为通过集成系统元件热传导直到基底层级，其限定了敏感膜的平均温度。现在，公知的是，辐射热测量计对例如基底温度的l°c变化的灵敏度通常是对所观察场景的l°c温度变化的灵敏度的五十至一百倍。因此，在没有具体预防措施的情况下，关于场景的有用信号被淹没在不感兴趣的此背景成分中。
[0009]为了避免此缺陷，在环境温度下操作的辐射热检测器自其产业化发展起就已经被装配有基底温度稳定�？椋ǔＮ炼�(Peltier)�？�(TEC，“热电冷却器”)。通过焦耳效应调节成与基底保持热连续的电阻元件也提供了满意的温度稳定性，即使不具有主动冷却能力也如此。然而，这样的装置使部件更复杂且更昂贵，并且暗示在环境温度远离所选择稳定温度时始终较高的电功率消耗。然而，这样的辐射热检测器的制造成本和实现辐射热检测器的系统的电功率消耗正是这样的检测器的主要问题。
[0010]实际上，趋势为不具有热稳定系统，因而必须解决基底温度变化对信号稳定性的不利影响的问题。通常实施的解决方案为:在用于形成与成像辐射热测量计(如此称呼，原因在于其对入射电磁辐射敏感)的温度有关的信号的电子电路中，布置补偿焦平面温度(FPT)、自身辐射热的元件，即，使其电行为跟随基底温度但对辐射基本上不敏感的元件。这一结果例如通过如下而获得的:借助于通过构造而提供朝向基底的低热电阻的测辐射热结构，和/或通过将这些结构掩蔽在不传导热辐射的防护物后面。
[0011]使用这种补偿元件还具有消除源于成像(也称为“活跃”)辐射热测量计的大部分所谓共模电流的优点。
[0012]此外，需要通常小于50mK (豪开尔文)的热分辨率(能够与场景的背景层水平分离的最小温度差距)。辐射和光学的定律规定在场景与基本辐射热测量计的膜之间该温度差的衰减因子在50至100的范围内。敏感元件通常具有约-2%每度的电阻温度系数(TCR)；这些不同的比例因子导致需要区分小于2X10_5 (20PPM)的电阻相对变化。
[0013]因允许在恒定偏压下的电阻读取模式，从而必须区分每个测辐射热电阻器两端的电流的细微变化。为了实现这一点，必需消除独立于场景的大多数所谓共模信号，以有效地描述与所观察的场景有关的空间和时间变化，并且这在读取电路的可用电气动态范围内。
[0014]图1是现有技术的不具有温度调节或“无TEC”检测器的辐射热检测器10的电气图，其包括共模补偿结构；并且图2是用于形成共模补偿检测器的辐射热测量计的读取信号的电路的电气图。这种检测器例如在如下文献中进行描述:“Uncooled amorphoussilicon technology enhancement for25um pixel pitch achievement” ；E.Mottin etal，Infrared Technology and Application XXVIII，SPIE，vol.4820E。
[0015]检测器10包括具有相同单位辐射热检测元件14或“像素”的二维阵列12，每个单位辐射热检测元件14均包括悬置在衬底上方的膜的形式的(如之前所描述的)、且具有电阻Rac的敏感电阻辐射热测量计16。每个辐射热测量计16在其端子中之一处连接至恒定电压VDET，特别地为检测器10的地，并在其另一端子处连接至以饱和状态进行操作的偏置MOS晶体管18，例如NMOS晶体管，其借助于栅极控制电压GAC来设定辐射热测量计16两端的电压Va。。如果A表示对应于M0S18的源极的节点并且如果VA为该节点处的取决于栅极电压GAC的电压，则电压Vae等于Vac=VA-VDET。像素14还包括选择开关20，该选择开关20连接在MOS晶体管18与针对阵列12的各列所设置的节点S之间并且由控制信号“选择”驱动，从而能够选择辐射热测量计16进行读取。晶体管18和开关20通常在基底中形成在辐射热测量计16的膜的足迹中。元件16和18形成所谓的检测支路。特别地，由于像素是相同的，并且对于所有像素而言一方面电压VDET并且另一方面电压GAC是相同的，所以辐射热测量计16在相同的电压Va。下被电压偏置。此外，栅极电压GAC是恒定的，因此电压Va。也是恒定的。
[0016]检测器10还包括在阵列12中的每列的底部的补偿结构22，通常也被称为“掠过(skimming)”结构。如之前所描述的，检测辐射热测量计16的电阻值在很大程度上受基底温度支配。因而，流经检测辐射热测量计16的电流包括依赖于基底温度且独立于所观察的场景的大量分量。补偿结构22具有输送电流以用于部分或完全补偿此分量的功能。在本发明的含义中，检测辐射热测量计16的受基底温度支配的电流分量被表示为“共模检测电流”。由补偿结构22为了补偿共模检测电流而生成的电流被称为“共模补偿电流”。
[0017]结构22包括补偿热辐射测量计24，其具有电阻Rem，且使其对源于待观察的场景的入射辐射不敏感。辐射热测量计24是借助于与辐射热测量计16相同的测温材料构成的，但具有朝向衬底的低热阻。例如，补偿热辐射测量计24的电阻元件被直接形成为与基底接触，或辐射热测量计24包括与借助于具有非常低的热阻的结构悬置在基底上方的检测辐射热测量计16的膜类似的膜，或者补偿辐射热测量计24包括与检测辐射热测量计16的膜和支承臂基本上相同的膜和支承臂，并且作为良好热导体的材料填充辐射热测量计24的膜与基底之间的空间。因而，辐射热测量计24的电阻基本上由基底温度支配，然后辐射热测量计24被说成是“热化”至基底。
[0018]辐射热测量计24在其端子中之一处连接至恒定电压VSK，并且补偿结构22包括以饱和状态进行操作的、具有与检测像素14的晶体管18的极性相反的极性的至少一个偏置MOS晶体管26，例如为PMOS晶体管，其借助于栅极控制电压GCM来设定辐射热测量计24两端的电压Vem并且连接在补偿辐射热测量计24的另一端子与节点S之间。将B称为与MOS晶体管26的漏极相对应的节点并且将VB称为此节点处的电压，那么电压Vem等于Vem=VSK-VB。元件24和26形成每一列所共有的所谓补偿支路。
[0019]共模补偿电流的值由辐射热测量计24的电阻Rem的值以及其偏置参数的值定义。
[0020]根据第一变型， 电阻Rm被选择为与检测辐射热测量计16的电阻基本上相同，并且补偿辐射热测量计24的偏置电压被选择为接近检测辐射热测量计的偏置电压，以获得接近共模检测电流的共模补偿电流。然而，应当注意，没必要在设计上将辐射热测量计24的电阻1^调节为接近检测辐射热测量计16的电阻的值，原因在于辐射热测量计24的电阻Rm传导的电流应当仅调节为与读取期间流经检测支路的电流接近的值。
[0021]根据第二变型，借助于比检测辐射热测量计16的电阻小的补偿辐射热测量计24的电阻以及以大致相同的比例小的偏置电压V?，也获得该结果。
[0022]第二变型通常是优选的，原因在于其使得能够更高效地分发在测辐射热桥上可获得的偏置幅度VSK-VDETJf CMOS技术的特征用于制造读取电路。实际上，通常有利的是对有源辐射热测量计进一步加偏压来使补偿辐射热测量计的偏置损失，也就是说，强加Vac>VCffl以获得检测器的最佳灵敏度。
[0023]检测器10还包括在阵列12中的每列的底部处的CTIA (“电容跨阻放大器”)型的积分器28，例如其包括运算放大器30和连接在放大器30的反相输入端和输出端之间的电容器32。放大器30的反相端子和非反相端子进一步分别连接至节点S和恒定电压VBUS。因而，电压VBUS形成用于输出信号的参考，并且处于从VDET到VSK的范围内。还设置有与电容器32并联的、由信号“重置”驱动的开关34,以用于使电容器32放电。CTIA28的输出最终例如连接至各个采样和保持电路36，以借助于多路复用器38朝向一个或多个串联的输出放大器40、以复用模式方式来传送CTIA的电压Vout。其还可以借助于模拟数字转换器(ADC)集成在数字化装置的输出端处。[0024]最后，检测器10包括控制不同的之前描述的开关的定序单元42。在操作中，逐行读取阵列12。为了读取阵列12的行，接通像素14的行的开关20，而断开其他行的开关20。
[0025]在列的底部处的CTIA积分器的电容器放电的阶段之后，由此针对被读取的行的每个像素获得如图2所示的电路，所述电容器的放电是通过在断开开关34之后、借助于信号Reset闭合开关34而实现的。在通过MOS晶体管18对检测热辐射测量计16的电压进行偏置的作用下，电流Ia。流过像素的检测热辐射测量计16 ;并且在通过MOS晶体管26对补偿热辐射测量计24的电压进行偏置的作用下，电流流过补偿结构的补偿热辐射测量计24。这些电流在节点S处彼此相减，并且由CTIA28在预定的积分时期期间Tint对由此产生的电流差进行积分。因而，CTIA28的输出电压Vout是由待检测的入射辐射所引起的检测辐射热测量计16的电阻变化的测量值，原因在于电流Ia。的取决于基底温度的无用部分通过尤其生成来再现该无用信号的电流Im至少部分地进行补偿。
[0026]通常，借助于晶体管18和26来调节检测辐射热测量计16和补偿辐射热测量计24的偏置电压，以将输出信号Vout在给定参考温度定位在下积分器28的电气动态范围Dei内，所述参考温度通常为关于检测器的操作温度范围的平均参考温度，特别是接近300° K的参考温度。当检测器10的环境温度改变时，基底温度由于缺乏热调节也改变，因而检测辐射热测量计16的温度也改变。然而，补偿辐射热测量计24热化至基底，其也经受由基底的温度改变所导致的温度改变。因而，当检测器的环境温度改变并且基底的温度因而改变时，流经检测辐射热测量计和补偿辐射热测量计的电流自然地在第一级彼此补偿。因而获得对基底温度(也被称为“焦平面温度(FPT)”)的显著抑制。
[0027]如果理想地对于无论任何基底温度均获得完美抑制，那么实际上，在相对于参考温度的改变(特别是正的改变)超过几十度时出现限制。
[0028]更具体地，检测辐射热测量计16的偏置电压Va。和补偿辐射热测量计24的偏置电压Vm被设定为使得:当补偿辐射热测量计24暴露于具有与参考温度相同的温度的均匀场景或“参考场景”时，检测器的输出电压的平均值在积分器28的电气动态范围中被定位在该动态范围的被认为最佳的特定位置处。在均匀场景前面的输出电压通常被称为“连续电平”并且这些电压的空间平均值通常被称为“平均连续电平”。
[0029]当检测器处于服务中时，即在基底温度接近参考温度下观察任何种类的场景，则暴露于待观察的场景的检测器的输出电压Vout不同于平均连续电平，特别地，原因在于在源于所观察场景的入射辐射的作用下辐射热测量计被加热以及在于辐射热测量计16的固有分散特性。因而平均连续电平“在工厂中”(投入服务之前)被设定在所读取动态范围中，从而针对使用检测器时通常遇到的观察条件的最宽可能范围，相对于平均连续电平的输出电压差落在所读取动态范围内。因而，平均电平通常不会集中于所读取动态范围，而是针对所建议的电路极性被定位在动态范围的后三分之一处，以改善对比环境背景的温度更热的点的观察。
[0030]此外，如之前所提及的，提供补偿辐射热测量计以在尽可能宽的焦平面温度范围内来补偿流经检测辐射热测量计的共模电流。在温度补偿为完美的理想情况下，当检测器观察在焦平面温度附近的场景时，平均连续电平因而不会随温度而改变并且理想地保持落在所读取动态范围内。
[0031]现在，可以观察到，该平均电平仍然随着基底温度而改变，并且这以显著的比例进行改变。此外，检测辐射热测量计16具有其固有的分散特性，特别是以在均匀场景前面时不同的检测器输出电压为特征的所谓“偏移”分散，该检测器输出电压根据基底温度来改变。
[0032]针对检测辐射热测量计16的很大一部分超出基底的特定温度时，这样的改变导致积分器28的饱和。超出此温度，则检测器场景动态范围变为零。实际上，作为检测器的基本量的场景动态范围Ds。由场景中任一点的温度改变的幅度限定，这形成在输出端处可用(即在检测器的电气动态范围内)的信号。
[0033]因此，之前指出的现象限制检测器的操作温度范围。为了正确理解这些限制，必须开发各种所涉及现象。
[0034]本发明人观察到，平均连续电平随基底温度的改变(更具体地为上升)特别地与在所读取偏置的作用下由焦耳效应所引起的检测辐射热测量计16的“自发热”现象相关。实际上，帧频率ft (即每秒形成的完整图像的数目)通常为30Hz、50Hz或60Hz，这导致检测福射热测量计16从16ms到32ms的寻址的复发。对于每次复发,在第一级(at the firstorder)等于Vac;2/Ra。的焦耳功率PJ在辐射热测量计16中消散，这会导致在每个时段Tint期间相当于Tint.P/Cth的加热，其中Cth为辐射热测量计16的热容量。场的常用量导致辐射热测量计16在每个读取脉冲结束时约几十度的加热。
[0035]现在，辐射热测量计16的热时间常数通常在8ms至20ms的范围内。因此，检测辐射热测量计16没有时间进行冷却，并且在经受新偏置之前没有时间找到接近基底的温度的平衡温度。因此，辐射热测量计16的膜的平均动态平衡温度通常比补偿辐射热测量计24所保持在的基底温度基本上高几度的量AT。由于此差与P1成比例并且因而与I/Ra。成比例的事实，以及对于具有负温度系数的常规测温材料，辐射热测量计的电阻Ra。以约每度2%的方式随温度降低的事实，在检测辐射热测量计16与基底(补偿辐射热测量计24)之间的平均温升Λ T随着基底温度增 加。
[0036]因此，检测辐射热测量计16和补偿辐射热测量计24遵循电阻曲线R(FPT)，该电阻曲线R(FPT)在基底温度与参考温度偏离时逐步分开。
[0037]最后，在CTIA随时间Tint积分之后，则定义平均连续电平的量(IaJt)_I?(t))在基底温度改变超出参考温度时规律地增加。这为平均连续电平根据基底温度而移动的主要来源，如图6的“现有技术NC”曲线所示。
[0038]平均连续电平NC随基底温度改变的另一来源与通常由MOS晶体管形成的电子偏置元件的各自性质和几何形状有关。实际上，由于必需平衡在两个辐射热检测和补偿支路中可用电压，所以由NMOS晶体管控制检测辐射热测量计16两端的电压，并且由PMOS晶体管控制补偿辐射热测量计24两端的电压，或由PMOS晶体管控制检测辐射热测量计16两端的电压，并且由NMOS晶体管控制补偿辐射热测量计24两端的电压。这样的晶体管除了类型相反之外，各自具有根据几何体积和电子噪声限制的矛盾约束而确定为优先的特定几何形状，特别是沟道宽度和长度。因此，在两个辐射热支路中分别产生电流的方面，即在平均NC根据基底温度而漂移的方面，这样的晶体管的各自温度行为是普通不理想的。
[0039]由于已被非详尽讨论的这种现象，平均NC跨过积分器28的电气输出动态范围的一个或另一个限制，从而只要环境温度比用于初始预置偏压的参考温度超出几十度，将使信号大致饱和。从而，在甚至不考虑空间分散现象的情况下，在每个支路中的各个差分贡献限制了可观察的场景动态范围Ds。。
[0040]另一限制与辐射热检测和补偿电阻的值的自然分散有关。实际上，在均匀温度下场景前面的原始信号Vout根据由检测和补偿电阻的自然组合分散产生的分布进行分布。
[0041]例如，检测辐射热测量计16的电阻Ra。的分布(虽然优异地为+/-1.5% (对应于+/-3 ο /m),通过共模补偿电流自身以+/-1.5% (对应于+/-3 ο /m)进行分散而使平均值m被补偿至90%)导致差分电流的相对统计变化大于+/-20%(对应于+/-3 σ /m)。在设定偏置电流、由电容Cint32定义的积分器28的增益以及此类型电路的通常积分持续时间Tint的条件下，这样的输入差分电流的分散可以容易地达到连续电平NC的扩展的空间分散Λ NC的
0.3V至0.5V，以与通常在积分器28的输出端处获得的2V至3V的总电气动态范围(Del)相当。
[0042]因而，这样的分布已经严重限制了有用场景动态范围，其被定义为:输出(Del)的饱和极限之间的残余电压空间减去之前估计的NC分布的宽度Λ NC,并除以检测器的平均响应(或响应度)髓*綱C/?，其中Tsc为场景温度:
【权利要求】
1.一种用于检测红外辐射的辐射热检测器，包括检测辐射热测量计(16)的阵列(12)，每个检测辐射热测量计(16)包括悬置在基底上方的测辐射热膜，所述辐射热检测器包括: ?与所述检测辐射热测量计(16)中的每一个相关联的: 々检测支路，所述检测支路包括所述检测辐射热测量计(16)和根据电压设定点来设定所述检测辐射热测量计(16)两端的电压的偏置电路(18);々补偿支路，所述补偿支路包括基本上具有基底温度的补偿辐射热测量计(24)和用于根据电压设定点来设定所述补偿辐射热测量计(24)两端的电压的偏置电路(26);以及今积分器(30、32)，所述积分器(30、32)用于通过对流经所述检测辐射热测量计(16)和所述补偿辐射热测量计(24)的电流之间的差进行积分来生成电压，所述积分器具有预定的电气输出动态范围； ?电路(50)，所述电路(50)用于控制所述检测支路和所述补偿支路的偏置电路的电压设定点， 其中，所述电压设定点控制电路(50)包括: ?用于生成取决于基底温度的量的电路(44、46 ),包括: 々基本上具有所述基底温度的至少一个辐射热测量计(44)；以及+用于偏置所述至少一个辐射热测量计的电路(46)，所述偏置所述至少一个辐射热测量计将生成所述量； ?电路(48)，所述电路(48)用于根据所述量来生成所述检测支路和所述补偿支路的电压设定点，使得当所述辐射热测量计阵列(12)暴露于均匀参考场景时，流经所述检测辐射热测量计的电流iT和流经所述补偿辐射热测量计的电流之间的差的平均值或“连续电平”在基底温度_30°C至90°C之间的范围内时处于积分器动态范围内。
2.根据权利要求1所述的辐射热检测器，其中，用于生成所述电压设定点的电路(48)生成电压设定点，使得: ?流经所述检测辐射热测量计(16)的电流/:实时地遵循根据以下关系式的定律:
3.根据权利要求1或2所述的辐射热检测器，其中，用于生成所述电压设定点的电路(48)生成电压设定点，使得流经所述检测辐射热测量计(16)的电流/=与流经所述补偿辐射热测量计(24)的电流7?之间的比率Imc ac/Inic cm等于:
4.根据权利要求2或3所述的辐射热检测器，其中，函数f2(FPT)为第二级，特别是低于 0.1。
5.根据权利要求2、3或4所述的辐射热检测器，其中，函数f2(FPT)根据所述基底的温度FPT增加。
6.根据权利要求2所述的辐射热检测器，其中，函数f1 (FPT)根据所述基底的温度FPT增加。
7.根据前述权利要求中任一项所述的辐射热检测器，其中，用于生成取决于所述基底温度的量的电路(48)包括: ?包括第一支路和第二支路的电流镜(541、561)，每个支路包括输入端和输出端； ?连接至所述电流镜(541、561)的第一支路的输入端的恒流源(563)； ?连接在所述电流镜(541、561)的第一支路的输出端与第一;〖亘定电位(510 )之间的第一电阻器(512c、562)，所述第一电阻器(512c、562)包括:基本上具有所述基底温度并且具有与所述检测辐射热测量计(16)的电阻基本上相同的电阻的第一辐射热测量计(512c);以及与所述第一辐射热测量计(512c)串联连接的非测辐射热电阻器(562)； ?连接在所述电流镜(541、561)的第二支路的输出端与所述第一恒定电位(510)之间的第二电阻器(512b)，所述第二电阻器(512b)包括与所述第一辐射热测量计(512c)基本上相同的第二辐射热测量计，在所述电流镜(541、561)的第二支路中流动的电流形成所述量；以及 ?连接在所述电流镜(541、561)的第二支路(54)的输入端与第二恒定电位(550)之间的第三电阻器(522b、542)。
8.一种用于检测红外辐射的辐射热检测器，包括检测辐射热测量计(16)的阵列(12)，每个检测辐射热测量计(16)包括悬置在基底上方的测辐射热膜，所述辐射热检测器包括: ?与所述检测辐射热测量计(16)中的每一个相关联的: 々检测支路，所述检测支路包括所述检测辐射热测量计(16)和根据电压设定点来设定所述检测辐射热测量计(16)两端的电压的偏置电路(18); 々补偿支路，所述补偿支路包括基本上具有基底温度的补偿辐射热测量计(24)和用于根据电压设定点来设定所述补偿辐射热测量计(24)两端的电压的偏置电路(26);以及 +积分器(30、32)，所述积分器(30、32)用于通过对流经所述检测辐射热测量计(16)和所述补偿辐射热测量计(24)的电流之间的差进行积分来生成电压，所述积分器具有预定的电气输出动态范围； ?电路(50)，所述电路(50)用于控制所述检测支路和所述补偿支路的偏置电路的电压参考，其中，用于控制电压设定点的电路(50)包括: ?用于生成取决于基底温度的量的电路(44、46 ),包括: 々基本上具有所述基底温度的至少一个辐射热测量计(44)；以及+用于偏置所述至少一个辐射热测量计的电路(46)，所述偏置所述至少一个辐射热测量计将生成所述量； ?电路(48)，所述电路(48)用于根据所述量来生成所述检测支路和所述补偿支路的电压设定点，所述电路包括: 今包括第一支路和第二支路的电流镜(541、561)，每个支路包括输入端和输出端； 今连接至所述电流镜(541、561)的第一支路的输入端的恒流源(563)； 々连接在所述电流镜(541、561)的第一支路的输出端与第一;〖亘定电位(510 )之间的第一电阻器(512c、562)，所述第一电阻器(512c、562)包括:基本上具有所述基底温度并且具有与所述检测辐射热测量计(16)的电阻基本上相同的电阻的第一辐射热测量计(512c);以及与所述第一辐射热测量计(512c)串联连接的非测辐射热电阻器(562)； 今连接在所述电流镜(541、561)的第二支路的输出端与所述第一;〖亘定电位(510)之间的第二电阻器(512b)，所述第二电阻器(512b)包括与所述第一辐射热测量计(512c)基本上相同的第二辐射热测量计，流经所述电流镜(541、561)的第二支路的电流形成所述量；以及 々连接在所述电流镜(541、561)的第二支路的输入端与第二恒定电位(550 )之间的第三电阻器(522b、542)。
9.根据权利要求7或8所述的辐射热检测器，其中，所述第一电阻器(512c、562)中的非测辐射热电阻(562)能够在预定参考温度下在所述第一电阻器(512c、562)的辐射热测量计(512c)的电阻值的O至30%之间的值的范围内进行编程。
10.根据权利要求9所述的检测器，其中，所述第一电阻器(512c、562)中的非测辐射热电阻(562)被设定为特定值，使得所述检测辐射热测量计(16)的响应度在所述基底温度的预定温度范围内基本上恒定。
11.根据权利要求10所述的检测器，其中，形成所述第一辐射热测量计的测辐射热材料的活化能接近0.18eV，并且所述第一电阻器(512c、562)中的非测辐射热电阻(562)的值接近所述第一电阻器(512c、562)中的辐射热测量计(512c)的电阻值的25%。
12.根据权利要求8和9中任一项所述的辐射热检测器，其中，所述第三电阻器(522b、542)的没有采用所述第二电位(550)的端子的电位定义用于所述补偿支路偏置电路(26)的电压设定点，并且所述第二电阻器(512b)的没有采用所述第一恒定电位(510)的端子的电位定义用于所述检测支路偏置电路(18 )的电压设定点。
13.根据权利要求12所述的辐射热检测器，其中，所述第三电阻器(522b、542)包括第三辐射热测量计(522b)，所述第三辐射热测量计(522b)基本上具有所述基底温度并且具有与所述补偿辐射热测量计(24)的电阻基本上相同的电阻。
14.根据权利要求13所述的辐射热检测器，其中，所述第三辐射热测量计(522b)的电阻能够被编程为将所述连续电平定位在所述积分器(30、32)的电气动态范围内。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的辐射热检测器，其中，所述第三电阻器(522b、542)包括与所述第三辐射热测量计(522b)串联的非测辐射热电阻器(542)，所述非测辐射热电阻器(542)能够在预定参考温度下在所述第三辐射热测量计(522b)的电阻值的O至10%的范围内进行编程。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的辐射热检测器， 籲其中，每个检测支路的偏置电路(18)由第一MOS晶体管或“TMOS”形成，所述第一MOS晶体管或“TM0S”在所述第一电位(510)与第一电流节点之间与所述检测支路的检测辐射热测量计(16)串联连接； 籲其中，每个补偿支路的偏置电路(26)由第二 TMOS形成，所述第二 TMOS在所述第二电位(550)和所述检测支路的与所述补偿支路相关联的第一电流节点之间与所述补偿支路的补偿辐射热测量计(24)串联连接，以及具有与所述检测支路的第一 TMOS (18)的极性相反的极性； ?其中，用于控制所述电压设定点的电路(50)还包括用于将所述电压设定点施加至所述偏置电路(18、26)的电路(531、532、52)，所述电路(531、532、52)包括: 々与所述第三辐射热测量计(522b)基本上相同的第四辐射热测量计(522a)； 今第三TMOS (54b)，所述第三TMOS (54b)与所述补偿支路的所述第二 TMOS (26)基本上相同并且在所述第二电位(550)与第二电流节点之间与第四辐射热测量计(522a)串联连接； +与所述第一辐射热测量计(512c)和所述第二辐射热测量计(512b)基本上相同的第五辐射热测量计(512a)； +第二 TMOS (54a)，所述第二 TMOS (54a)与所述检测支路的第一 TMOS (18)基本上相同并且在所述第二电流节点与所述第一电位(510)之间与第五辐射热测量计(512a)串联连接； 今第一运算放大器(532)，所述第一运算放大器(532)的非反相端子连接至所述第三电阻器(522b、542)的没有采用所述第二电位(550)的端子的电位，所述第一运算放大器(532)的反相端子连接至所述第四辐射热测量计(522a)的没有采用所述第二电位(550)的端子的电位，以及所述第一运算放大器(532)的输出端连接至所述第三TMOS (54b)的栅极； 々第二运算放大器(531 )，所述第二运算放大器(531)的非反相端子连接至所述第二电阻器(512b)的没有采用所述第一电位(510)的端子的电位，所述第二运算放大器(531)的反相端子连接至所述第五辐射热测量计(512a)的没有采用所述第一电位(510)的端子的电位，以及所述第二运算放大器(531)的输出端连接至所述第四TMOS (54a)的栅极； ?其中，每个补偿支路的第二 TMOS (26)的栅极连接至在所述第四辐射热测量计(522a)与所述第三MOS晶体管(54b)之间形成的电位； ?以及其中，每个检测支路的第一 TMOS (18)的栅极连接至在所述第五辐射热测量计(512a)与所述第四TMOS (54a)之间的电位。
17.根据权利要求16所述的辐射热检测器，还包括: 籲用于处理与所述检测辐射热测量计(16)相关联的积分器(28)的输出端处的电压的第一电路(36、40)； ?积分器(28b)，所述积分器(28b)与用于控制所述电压设定点的电路(50)相关联并且与所述检测辐射热测量计(16)相关联的积分器(28)相同，以通过对流经所述第四辐射热测量计(522a)的电流与流经所述第五辐射热测量计(512a)的电流之间的差进行积分来生成电压； ?第二电路(36b、40b)，所述第二电路(36b、40b)用于处理与用于控制所述电压设定点的电路(50)相关联的积分器(28b)的输出电压，并且与所述第一处理电路(36、40)相同；以及 ?模拟数字转换器(440)，所述模拟数字转换器(440)用于对在所述第一处理电路和所述第二处理电路的输出电压之间的差进行转换。
18.根据权利要求12至15中任一项所述的辐射热检测器， 籲其中，每个检测支路的偏置电路(18)由第一MOS晶体管或“TMOS”形成，所述第一MOS晶体管或“TM0S”在所述第一电位(510)与第一电流节点之间与所述检测支路的检测辐射热测量计(16)串联连接； 籲其中，每个补偿支路的偏置电路(26)由第二 TMOS形成，所述第二 TMOS在所述第二电位(550)和所述检测支路的与所述补偿支路相关联的第一电流节点之间与所述补偿支路的补偿辐射热测量计(24)串联连接，以及具有与所述检测支路的第一 TMOS (18)的极性相反的极性； ?其中，用于控制所述电压设定点的电路(50)还包括用于将所述电压设定点施加至所述偏置电路(18、26)的电路(160、260、531、532)，所述电路(160、260、531、532)包括: 今针对每个补偿支路的第一运算放大器(260)，所述第一运算放大器(260)的非反相端子具有所述第三电阻器(522b、542)的没有采用所述第二电位(550)的端子的电位，所述第一运算放大器(260)的反相端子连接在所述补偿支路的补偿辐射热测量计(24)与第二TMOS (26)之间，以及所述第一运算放大器(260)的输出端连接至所述补偿支路的第二晶体管(26)的栅极；以及 +针对每个检测支路的第二运算放大器(160)，所述第二运算放大器(160)的非反相端子具有所述第三电阻器(512b)的没有采用所述第一电位(510)的端子的电位，所述第二运算放大器(160)的反相端子连接在所述检测支路的检测辐射热测量计(16)与第一 TMOS(18)之间，以及所述第二运算放大器(160)的输出端连接至所述检测支路的第一 TMOS (18)的栅极。
19.根据权利要求1、2、3、4或5所述的辐射热检测器，其中，用于生成所述电压设定点的电路包括: ?模拟数字转换器，所述模拟数字转换器连接至用于生成所述量的电路，以生成所述量的数字值； 籲数字数据处理单元，所述数字数据处理单元根据所述量的数字值来生成所述电压设定点的数字值；以及 ?数字模拟转换器，所述数字模拟转换器连接至所述处理单元并且根据所述设定点的数字值来生成所述偏置电路的电压设定点。
【文档编号】G01J5/20GK104006889SQ201410054185
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2013年2月22日
【发明者】米歇尔·维兰, 帕特里克·罗伯特 申请人:Ulis股份公司
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