CN108318142B - 一种信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路，包括信号匹配单元、一级滤波单元、电压变换单元、二级滤波单元和偏置电压单元组成。适用于面阵型红外探测器，其将红外探测器输出的单端模拟信号进行一系列的处理后，将差分信号传输至后级ADC进行采样，该读出电路最大的优点是大量采用无源变换电路，可以最小程度的引入电路噪声。目前行业内所使用的差分运算放大器的信号变换方案，其信噪比在70dB至80dB之间，而本发明提出的模拟信号读出电路其信噪比可以达到82dB，最大程度的提高模拟信号读出电路的信噪比，特别适用于远距离探测和识别使用。
Description
技术领域
本发明属于信号处理技术，涉及一种信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路。
背景技术
由于红外探测器输出模拟电压的特殊性，需要一种适合于红外探测器的模拟信号读出电路，模拟信号读出电路的性能优劣直接影响了红外探测器最终的成像质量，而且决定着红外成像组件的探测器距离和识别距离，本发明设计的模拟信号读出电路具有结构对称、引入电路噪声小、体积小、功耗低等优点。可以在宽温(-55℃～+70℃)条件正常工作，可广泛的用于各种类型的红外探测器模拟信号读出场合，具有很强的功能可扩展性，使用本发明设计的模拟信号读出电路，其信噪比可以达到82dB，远超过其他变换电路所能达到的信噪比。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路。
技术方案
一种信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路，其特征在于包括信号匹配单元、一级滤波单元、电压变换单元、二级滤波单元和偏置电压单元；所述信号匹配单元采用U1运算放大器,其正输入端为R25电阻与电容C10的并联电路，R23电阻与电容C11的并联电路为U1运算放大器输出端至负输入端的反馈电路，U1运算放大器输出端连接一级滤波单元的输入端；所述第一一级滤波单元包括电感L1、L2、L3和L8，电容C1、C2和C9，电阻R1、R2、R22和R4的三极滤波电路；三个电感L1、L2和L3为串联电路，电感L1后并联电容C1与电阻R1接地，电感L2后并联电容C2与电阻R2接地，电感L3后并联电容C9与电阻R22接地，然后经由电感L8输出至电压变换单元，电阻R4为电感L8输出端与电感L1输入端的反馈电路；所述偏置电压单元包括U3运算放大器和R17、C12组成的电平移位电路，U3运算放大器的输入端的信号经过其输出端连接的R17、C12组成的电平移位电路输出至第二一级滤波单元；所述第二一级滤波单元包括电感L4、L5、L6和L7，电容C3、C4和C8，电阻R5、R6、R21和R16；三个电感L4、L5和L6为串联电路，电感L4后并联电容C3与电阻R5接地，电感L5后并联电容C4与电阻R6接地，电感L6后并联电容C8与电阻R21接地，然后经由电感L7输出至电压变换单元，电阻R16为电感L7输出端与电感L4输入端的反馈电路；所述电压变换单元包括U2运算放大器、电阻R3、R7、R8、R9、R10、R11、R12和R13；两个一级滤波单元的输出通过连接电阻R3和R7施加在三个并联分压电路两端，三个并联分压电路为：R8与R9的串联电路，R10与R11的串联电路，R12与R13的串联电路；R8与R9的分压端连接U2运算放大器的负输入端，U2运算放大器的正输入端连接共模信号电压源，U2运算放大器的输出端连接R10与R11的分压端，R12与R13的分压端接地，R12与R13两端的信号输出至二级滤波电路；所述二级滤波电路包括电容C5、C6和C7，电阻R14、R15、R19和R20，电容C5并联在输入端，两端分别通过电阻R14和R15连接电容C6与C7的串联电路，C6与C7的中点接地；电容C6与C7两端分别通过电阻R19和R20连接输出电阻R27。
所述两个一级滤波电路的-3dB截止带宽为141.37MHz。
所述二级滤波电路-3dB截止带宽为166.5MHz。
所述信号匹配单元的运算放大器U1采用AD8007，R25电阻为50Ω至200Ω，R23电阻为500Ω，C10电容为10pF，C11电容为10pF。
所述两个一级滤波电路的U2和U3采用AD8007的运算放大器，电感L1、L8、L4和L7为27nH，L2、L3、L5和L6取值为54nH，电容C1、C9、C3和C8取值为5.6pF，C2和C4取值为15pF，电阻R1、R22、R5和R21取值为4.7Ω，电阻R2和R6取值为33Ω，电阻R4和R16取值为600Ω。
所述二级滤波电路的电容C5取值为7pF，C6、C7取值5.6pF，R14、R15、R19、R20取值为22Ω。
所述电压转换电路的运算放大器U2采用AD8007，电阻R8和R9取值为500Ω，R10、R11、R12和R13取值为330Ω，R3和R7取值为200Ω。
所述偏置电压移位电路的运算放大器U3采用AD8007，R17取值为22Ω，C12取值为5.6pF。
所述所有电阻采用1％精度、25ppm的碳膜电阻。
所述所有电容采用5％精度的X7R材质的陶瓷电容。
有益效果
本发明提出的一种信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路，包括信号匹配单元、一级滤波单元、电压变换单元、二级滤波单元、偏置电压单元等组成。适用于面阵型红外探测器，其将红外探测器输出的单端模拟信号进行一系列的处理后，将差分信号传输至后级ADC进行采样，该读出电路最大的优点是大量采用无源变换电路，可以最小程度的引入电路噪声。目前行业内所使用的差分运算放大器的信号变换方案，其信噪比在70dB至80dB之间，而本发明提出的模拟信号读出电路其信噪比可以达到82dB，最大程度的提高模拟信号读出电路的信噪比，特别适用于远距离探测和识别使用。
本发明具有以下优点和好处：一种适用于红外探测器的模拟信号读出电路，本发明设计的模拟信号读出电路具有结构对称、引入电路噪声小、体积小、功耗低等优点。可以在宽温(-55℃～+70℃)条件正常工作，可广泛的用于各种类型的红外探测器模拟信号读出场合，具有很强的功能可扩展性，使用本发明设计的模拟信号读出电路，其信噪比可以达到82dB，远超过其他变换电路所能达到的信噪比。
附图说明
图1为一种信噪比为82dB的适用于红外探测器的模拟信号读出电路组成框图
图2实施例示意图
图3实施例示意图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路，包括信号匹配单元、一级滤波单元、电压变换单元、二级滤波单元和偏置电压单元；所述信号匹配单元采用U1运算放大器,其正输入端为R25电阻与电容C10的并联电路，R23电阻与电容C11的并联电路为U1运算放大器输出端至负输入端的反馈电路，U1运算放大器输出端连接一级滤波单元的输入端；所述第一一级滤波单元包括电感L1、L2、L3和L8，电容C1、C2和C9，电阻R1、R2、R22和R4的三极滤波电路；三个电感L1、L2和L3为串联电路，电感L1后并联电容C1与电阻R1接地，电感L2后并联电容C2与电阻R2接地，电感L3后并联电容C9与电阻R22接地，然后经由电感L8输出至电压变换单元，电阻R4为电感L8输出端与电感L1输入端的反馈电路；所述偏置电压单元包括U3运算放大器和R17、C12组成的电平移位电路，U3运算放大器的输入端的信号经过其输出端连接的R17、C12组成的电平移位电路输出至第二一级滤波单元；所述第二一级滤波单元包括电感L4、L5、L6和L7，电容C3、C4和C8，电阻R5、R6、R21和R16；三个电感L4、L5和L6为串联电路，电感L4后并联电容C3与电阻R5接地，电感L5后并联电容C4与电阻R6接地，电感L6后并联电容C8与电阻R21接地，然后经由电感L7输出至电压变换单元，电阻R16为电感L7输出端与电感L4输入端的反馈电路；所述电压变换单元包括U2运算放大器、电阻R3、R7、R8、R9、R10、R11、R12和R13；两个一级滤波单元的输出通过连接电阻R3和R7施加在三个并联分压电路两端，三个并联分压电路为：R8与R9的串联电路，R10与R11的串联电路，R12与R13的串联电路；R8与R9的分压端连接U2运算放大器的负输入端，U2运算放大器的正输入端连接共模信号电压源，U2运算放大器的输出端连接R10与R11的分压端，R12与R13的分压端接地，R12与R13两端的信号输出至二级滤波电路；所述二级滤波电路包括电容C5、C6和C7，电阻R14、R15、R19和R20，电容C5并联在输入端，两端分别通过电阻R14和R15连接电容C6与C7的串联电路，C6与C7的中点接地；电容C6与C7两端分别通过电阻R19和R20连接输出电阻R27。
其互联特性见图2所示。采用芯片AD8007及其周边电路实现探测器信号的匹配要求，AD8007输出与一级滤波电路L1和R4相连。
采用R25为1％精度的50Ω至200Ω的碳膜电阻和C10为5％精度的10pF X7R材质的陶瓷电容，其目的是为了与前端传感器做阻抗匹配使用。
采用C11为5％精度的10pF X7R材质的陶瓷电容和R23为1％精度的500Ω的碳膜电阻，其目的是增加运算放大器反馈的稳定性，使信号输出收敛。
采用两级无源滤波结构，由L1、L2、L3、L8、C1、C2、C9、R1、R2、R22、R4组成的一级滤波电路，其-3dB截止带宽为141.37MHz；其中L1、L8取值为27nH，L2、L3取值为54nH，C1、C9取值为5.6pF精度5％X7R材质的陶瓷电容，C2取值为15pF精度5％X7R材质的陶瓷电容，R1、R22取值为4.7Ω精度1％，R2取值为33Ω精度1％的碳膜电阻，R4取值为600Ω精度1％的碳膜电阻。
由L4、L5、L6、L7、C3、C4、C8、R5、R6、R21、R16组成对称的一级滤波电路，其-3dB截止带宽为141.37MHz；其中L4、L7取值为27nH，L5、L6取值为54nH，C3、C8取值为5.6pF精度5％X7R材质的陶瓷电容，C4取值为15pF精度5％X7R材质的陶瓷电容，R5、R21取值为4.7Ω精度1％的碳膜电阻，R6取值为33Ω精度1％的碳膜电阻，R16取值为600Ω精度1％的碳膜电阻。
采用C5、R14、R15、C6、C7、R19、R20组成的二级滤波电路，其-3dB截止带宽为166.5MHz，C5取值为7pF精度5％X7R材质的陶瓷电容，C6、C7取值为5.6pF精度5％X7R材质的陶瓷电容，R14、R15、R19、R20取值为22Ω精度1％的碳膜电阻。
采用AD8007及其周边电路组成的电压转换电路。R3、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和U2AD8007组成的电压变换电路，其电路特点是将单端信号转换为差分信号，结构成对称状态。R8、R9为500Ω精度1％的碳膜电阻,R10、R11、R12、R13取值为330Ω精度1％的碳膜电阻，R3、R7取值为200Ω精度1％的碳膜电阻。
采用U3及周边电路组成的偏置电压移位电路。采用U3为ADI公司的AD8007，R17取值为22Ω精度1％、C12取值为5.6pF精度5％X7R材质的陶瓷电容。其主要功能是去除输入信号带来的直流偏置。
采用ADI公司的AD9650芯片以及外围电阻组成的ADC转换电路进行模数转换。
Claims (6)
1.一种信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路，其特征在于包括信号匹配单元、一级滤波单元、电压变换单元、二级滤波单元和偏置电压单元；所述信号匹配单元采用U1运算放大器,其正输入端为R25电阻与电容C10的并联电路，R23电阻与电容C11的并联电路为U1运算放大器输出端至负输入端的反馈电路，U1运算放大器输出端连接一级滤波单元的输入端；第一一级滤波单元包括电感L1、L2、L3和L8，电容C1、C2和C9，电阻R1、R2、R22和R4的三极滤波电路；三个电感L1、L2和L3为串联电路，电感L1后并联电容C1与电阻R1接地，电感L2后并联电容C2与电阻R2接地，电感L3后并联电容C9与电阻R22接地，然后经由电感L8输出至电压变换单元，电阻R4为电感L8输出端与电感L1输入端的反馈电路；所述偏置电压单元包括U3运算放大器和R17、C12组成的电平移位电路，U3运算放大器的输入端的信号经过其输出端连接的R17、C12组成的电平移位电路输出至第二一级滤波单元；所述第二一级滤波单元包括电感L4、L5、L6和L7，电容C3、C4和C8，电阻R5、R6、R21和R16；三个电感L4、L5和L6为串联电路，电感L4后并联电容C3与电阻R5接地，电感L5后并联电容C4与电阻R6接地，电感L6后并联电容C8与电阻R21接地，然后经由电感L7输出至电压变换单元，电阻R16为电感L7输出端与电感L4输入端的反馈电路；所述电压变换单元包括U2运算放大器、电阻R3、R7、R8、R9、R10、R11、R12和R13；两个一级滤波单元的输出通过连接电阻R3和R7施加在三个并联分压电路两端，三个并联分压电路为：R8与R9的串联电路，R10与R11的串联电路，R12与R13的串联电路；R8与R9的分压端连接U2运算放大器的负输入端，U2运算放大器的正输入端连接共模信号电压源，U2运算放大器的输出端连接R10与R11的分压端，R12与R13的分压端接地，R12与R13两端的信号输出至二级滤波单元；所述二级滤波单元包括电容C5、C6和C7，电阻R14、R15、R19和R20，电容C5并联在输入端，两端分别通过电阻R14和R15连接电容C6与C7的串联电路，C6与C7的中点接地；电容C6与C7两端分别通过电阻R19和R20连接输出电阻R27；
所述两个一级滤波单元的-3dB截止带宽为141.37MHz；
所述二级滤波单元-3dB截止带宽为166.5MHz；
所述信号匹配单元的运算放大器U1采用AD8007，R25电阻为50Ω至200Ω，R23电阻为500Ω，C10电容为10pF，C11电容为10pF；
运算放大器U2和运算放大器U3采用AD8007，电感L1、L8、L4和L7为27nH，L2、L3、L5和L6取值为54nH，电容C1、C9、C3和C8取值为5.6pF，C2和C4取值为15pF，电阻R1、R22、R5和R21取值为4.7Ω，电阻R2和R6取值为33Ω，电阻R4和R16取值为600Ω。
2.根据权利要求1所述信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路，其特征在于：所述二级滤波单元的电容C5取值为7pF，C6、C7取值5.6pF，R14、R15、R19、R20取值为22Ω。
3.根据权利要求1所述信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路，其特征在于：所述电压变换单元的运算放大器U2采用AD8007，电阻R8和R9取值为500Ω，R10、R11、R12和R13取值为330Ω，R3和R7取值为200Ω。
4.根据权利要求1所述信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路，其特征在于：所述偏置电压单元的运算放大器U3采用AD8007，R17取值为22Ω，C12取值为5.6pF。
5.根据权利要求1～4任一项所述信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路，其特征在于：所有电阻采用1％精度、25ppm的碳膜电阻。
6.根据权利要求1～4任一项所述信噪比为82dB适用于红外探测器的模拟信号读出电路，其特征在于：所有电容采用5％精度的X7R材质的陶瓷电容。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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