CN104266760A

CN104266760A - 一种非制冷红外探测器的偏置电压产生电路

Info

Publication number: CN104266760A
Application number: CN201410475438.5A
Authority: CN
Inventors: 吕坚; 吴传福; 魏林海; 吕静; 周云
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2015-01-07

Abstract

本发明实施例公开了提供了一种非制冷红外探测器的偏置电压产生电路，包括：同相比例运算放大电路10；数字电位器30，作为同相比例运算放大电路10的反馈电阻；数字控制信号产生电路40，产生数字控制信号以调节数字电位器30的阻值；参考电压源电路20，为同相比例运算放大电路10提供参考电压；同相比例运算放大电路10根据参考电压产生偏置电压。本发明实施例的电路噪声低，结构简单，无需改变偏压电路硬件设备即可为非制冷红外探测器提供可调偏置电压，可以更方便、更灵活地应用在非制冷红外探测器中。

Description

一种非制冷红外探测器的偏置电压产生电路

技术领域

本发明涉及非制冷红外探测器技术领域，尤其是涉及一种非制冷红外探测器的偏置电压产生电路。

背景技术

目前，非制冷红外探测器以其低成本，无须制冷机易于实现小型化的优点在我国军事和民事领域已经得到了广泛的应用。非制冷红外探测器也存在灵敏度低、偏压种类多、对驱动电路噪声敏感等不足。在非制冷红外探测器机芯电路的设计中，尤其要重视偏压电路的设计，其性能直接决定探测器输出信号的质量，进而影响成像性能。

为了满足非制冷红外探测器对偏压的要求，常见的偏压电路设计方法均通过电阻对参考源分压再经过超低噪声滤波放大设备跟随得到探测器偏压。该方法尽管能获得较高的偏压性能，但存在以下缺点：（1）需要根据不同探测器选择不同阻值的分压电阻，有时甚至需要不断更换电阻来满足探测器对偏压的苛刻要求，这给调试带来了极大的不便。（2）探测器偏压无法实时调整，从而带来电路设计复杂、调整偏置电压幅值麻烦等不便，不利于实现红外探测器驱动电路小型化和智能化的需求。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种结构简单、控制方便、具有非常低噪声的非制冷红外探测器的偏置电压产生电路。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种非制冷红外探测器的偏置电压产生电路，其特征在于，包括：同相比例运算放大电路10；数字电位器30，所述数字电位器30连接到所述同相比例运算放大电路10，作为所述同相比例运算放大电路10的反馈电阻；数字控制信号产生电路40，所述数字控制信号产生电路40连接到所述数字电位器30，所述数字控制信号产生电路40产生数字控制信号以调节所述数字电位器30的阻值；参考电压源电路20，所述参考电压源电路20连接到所述同相比例运算放大电路10，并为所述同相比例运算放大电路10提供参考电压；其中所述同相比例运算放大电路10根据所述参考电压产生偏置电压。

本发明的一个实施例中，还包括超低噪声滤波放大电路50，所述超低噪声滤波放大电路50连接到所述同相比例运算放大电路10的输出端，并对所述同相比例运算放大电路10产生的所述偏置电压进行滤波和放大。

本发明的一个实施例中，所述同相比例运算放大电路10包括第一运算放大器11、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，其中：所述第一运算放大器11的反相输入端通过所述第一电阻R1接地，并通过所述数字电位器30连接到所述第一运算放大器11的输出端；所述第一运算放大器11的同相输入端通过所述第二电阻R2连接到所述参考电压源电路20，并通过所述第三电阻R3接地。

本发明的一个实施例中，所述参考电压源电路20包括低噪声基准源21和RC低通滤波电路，所述RC低通滤波电路连接到所述低噪声基准源21的输出端。

本发明的一个实施例中，所述RC低通滤波电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1和第二电容C2，其中：所述第四电阻R4的一端连接到所述低噪声基准源21的输出端，另一端连接到所述第五电阻R5的一端并且通过所述第一电容C1接地；所述第五电阻R5的另一端连接到所述参考电压源电路20的输出端并且通过所述第二电容C2接地。

本发明的一个实施例中，所述超低噪声滤波放大电路50包括第二运算放大器51、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3和第四电容C4，其中：所述第二运算放大器51的同相输入端通过所述第四电容C4接地、通过所述第七电阻R7和所述第三电容C3连接到所述第二运算放大器51的输出端、以及通过所述第七电阻R7和所述第六电阻R6连接到所述超低噪声滤波放大电路50的输入端；所述第二运算放大器51的反相输入端通过所述第八电阻R8接地并通过所述第九电阻R9连接到所述第二运算放大器51的输出端。

本发明实施例的电路噪声低，结构简单，无需改变偏压电路硬件设备即可为非制冷红外探测器提供可调偏置电压，可以更方便、更灵活地应用在非制冷红外探测器中。

附图说明

图1是本发明一个实施例的非制冷红外探测器的偏置电压产生电路的结构框图示意图。

图2是本发明一个实施例的同相比例运算放大电路的结构示意图。

图3是本发明一个实施例的参考电压源电路的结构示意图。

图4是本发明一个实施例的超低噪声滤波放大电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明的实施例的非制冷红外探测器的偏置电压产生电路的具体结构。

如图1所示，本发明的一个实施例中，一种非制冷红外探测器的偏置电压产生电路包括同相比例运算放大电路10、参考电压源电路20、数字电位器30和数字控制信号产生电路40。此外，本发明的一个实施例中，该非制冷红外探测器的偏置电压产生电路还包括超低噪声滤波放大电路50。

数字电位器30连接到同相比例运算放大电路10，作为同相比例运算放大电路10的反馈电阻（下文详述）。数字控制信号产生电路40连接到数字电位器30。该数字控制信号产生电路40产生数字控制信号以调节数字电位器30的阻值。

例如，本发明的一个实施例中，该数字电位器30可以为ADN2850，数字控制信号产生电路40产生的数字控制信号精确调节该数字电位器30的阻值。ADN2850的分辨率为十位，即1024阶，满量程电阻为25kΩ，则调节精度为24.4Ω。由于电位器初始0阶的阻值为50Ω，因此输入的十进制数D与输出间的阻值为：

R₂₈₅₀=25×D/1024+0.05,

其中R₂₈₅₀指本实施例中数字电位器30的阻值。

本发明的一个实施例中，数字控制信号产生电路40可以由FPGA或者其他适合的逻辑器件实现，并通过适合的数据链路（例如，I²C 总线）与数字电位器30通信并配置该数字电位器30。

参考电压源电路20连接到同相比例运算放大电路10，并为同相比例运算放大电路10提供参考电压。同相比例运算放大电路10根据该参考电压产生偏置电压。

本发明的一个实施例中，超低噪声滤波放大电路5）连接到同相比例运算放大电路10的输出端，并对同相比例运算放大电路10产生的偏置电压进行滤波和放大，从而获得最终的偏置电压Vbias。

图2为本发明一个实施例的同相比例运算放大电路10的结构示意图。

如图2所示，本发明一个实施例中，同相比例运算放大电路10包括第一运算放大器11、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。

第一运算放大器11的反相输入端通过第一电阻R1接地，并通过数字电位器30连接到第一运算放大器11的输出端。

第一运算放大器11的同相输入端通过第二电阻R2连接到参考电压源电路20，并通过第三电阻R3接地。

例如，本发明的一个实施例中，第一运算放大器11可以为低噪声运算放大器AD8606，AD8606是高精度低噪声放大器，最大电压漂移为65μV，噪声小于8nV/Hz^-1/2。如图2所示，图中输出V_o与ADN2850阻值间的关系为：

V_o=V_ref×(R₃/(R₂+R₃)) ×(1+R₂₈₅₀/R₁)。

图3为本发明一个实施例的参考电压源电路20的结构示意图。

如图3所示，本发明一个实施例中，参考电压源电路20包括低噪声基准源21和RC低通滤波电路，RC低通滤波电路连接到低噪声基准源21的输出端，以滤除低噪声基准源21产生的参考电压中的高频噪声。

本发明的一个实施例中，如图3所示，该RC低通滤波电路可以包括第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1和第二电容C2。其中第四电阻R4的一端连接到低噪声基准源21的输出端，另一端连接到第五电阻R5的一端并且通过第一电容C1接地；第五电阻R5的另一端连接到参考电压源电路20的输出端并且通过第二电容C2接地。

本实施例中，第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1和第二电容C2构成了RC二阶低通滤波电路。

本发明的一个实施例中，低噪声基准源21可以为低噪声基准源ADR420，其输出电压为2.048V。并且R4=R5=6 MΩ，C1=C2=10nF。

图4为本发明一个实施例的超低噪声滤波放大电路的结构示意图。

如图4所示，本发明的一个实施例中，超低噪声滤波放大电路50包括第二运算放大器51、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3和第四电容C4。

第二运算放大器51的同相输入端通过第四电容C4接地、通过第七电阻R7和第三电容C3连接到第二运算放大器51的输出端、以及通过第七电阻R7和第六电阻R6连接到超低噪声滤波放大电路50的输入端。

第二运算放大器51的反相输入端通过第八电阻R8接地并通过第九电阻R9连接到第二运算放大器51的输出端。

本实施例中，该超低噪声滤波放大电路50采用了二阶压控电压源低通滤波器，消除了高频噪声对偏置电压的影响。此外，在电路中引入一个正反馈，将第一级的滤波电容接到第二运算放大器51的输出端，这改善了其在特征角频率ω0附近的幅频特性。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims

1.一种非制冷红外探测器的偏置电压产生电路，其特征在于，包括：

同相比例运算放大电路（10）；

数字电位器（30），所述数字电位器（30）连接到所述同相比例运算放大电路（10），作为所述同相比例运算放大电路（10）的反馈电阻；

数字控制信号产生电路（40），所述数字控制信号产生电路（40）连接到所述数字电位器（30），所述数字控制信号产生电路（40）产生数字控制信号以调节所述数字电位器（30）的阻值；

参考电压源电路（20），所述参考电压源电路（20）连接到所述同相比例运算放大电路（10），并为所述同相比例运算放大电路（10）提供参考电压；

其中所述同相比例运算放大电路（10）根据所述参考电压产生偏置电压。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于：还包括超低噪声滤波放大电路（50），所述超低噪声滤波放大电路（50）连接到所述同相比例运算放大电路（10）的输出端，并对所述同相比例运算放大电路（10）产生的所述偏置电压进行滤波和放大。

3.如权利要求1或者2所述的电路，其特征在于，所述同相比例运算放大电路（10）包括第一运算放大器（11）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）和第三电阻（R3），其中：

所述第一运算放大器（11）的反相输入端通过所述第一电阻（R1）接地，并通过所述数字电位器（30）连接到所述第一运算放大器（11）的输出端；

所述第一运算放大器（11）的同相输入端通过所述第二电阻（R2）连接到所述参考电压源电路（20），并通过所述第三电阻（R3）接地。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的电路，其特征在于，所述参考电压源电路（20）包括低噪声基准源（21）和RC低通滤波电路，所述RC低通滤波电路连接到所述低噪声基准源（21）的输出端。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述RC低通滤波电路包括第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第一电容（C1）和第二电容（C2），其中：

所述第四电阻（R4）的一端连接到所述低噪声基准源（21）的输出端，另一端连接到所述第五电阻（R5）的一端并且通过所述第一电容（C1）接地；

所述第五电阻（R5）的另一端连接到所述参考电压源电路（20）的输出端并且通过所述第二电容（C2）接地。

6.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述超低噪声滤波放大电路（50）包括第二运算放大器（51）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）、第八电阻（R8）、第九电阻（R9）、第三电容（C3）和第四电容（C4），其中：

所述第二运算放大器（51）的同相输入端通过所述第四电容（C4）接地、通过所述第七电阻（R7）和所述第三电容（C3）连接到所述第二运算放大器（51）的输出端、以及通过所述第七电阻（R7）和所述第六电阻（R6）连接到所述超低噪声滤波放大电路（50）的输入端；

所述第二运算放大器（51）的反相输入端通过所述第八电阻（R8）接地并通过所述第九电阻（R9）连接到所述第二运算放大器（51）的输出端。