CN112050951A - 一种红外探测器信号质量稳定输出电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外探测器信号质量稳定输出电路，包括：主处理器FPGA、温度采集电路、探测器偏压控制电路和探测器信号采集电路；其中，温度采集电路采集红外探测器工作环境温度，将温度数字化后送给主处理器FPGA；主处理器FPGA根据温度采集电路采集的温度，更新探测器偏压工作指令，给探测器偏压控制电路；探测器偏压控制电路根据探测器偏压工作指令更新红外探测器工作电压VR和Vgpol，探测器信号采集电路根据红外探测器工作电压VR和Vgpol校正输出的模拟图像信号并数字化后送给主处理器FPGA。本发明通过温度采集电路完成环境温度的采集，以采集的温度作为导向，读取先验信息，通过探测器偏压控制电路配置探测器偏压，实现了偏压实时配置，稳定图像信号输出。
Description
技术领域
本发明属于微电子和光电子技术领域，尤其涉及一种红外探测器信号质量稳定输出电路。
背景技术
红外成像技术无论在军用和民用领域都是当今世界的研究热点。尤其是军用领域，由于红外探测本身的无源被动探测特性，使其具有良好的隐蔽性和抗干扰能力，同时由于探测距离远，能昼夜工作，使红外技术在军用领域得到了广泛的应用。
红外探测器工作供电电路和读出电路是红外成像系统的核心部件，用于提供红外探测器稳定工作的电压和采集红外探测器的输出信号。由探测器的工作机理值，VR的跳动直接影响积分电容的复位，导致输出异常；同时光伏二极管偏压的变化会导致暗电流的跳动，也会导致输出异常。实际的军事环境要应对不同的工况，所以暗电流也会随着温度的变换而变化，同时由于其工艺、材料等原因在不同温度下，暗电流的变化更加明显，呈现出不同的响应特性曲线，这种曲线在不同积分下的差异会放大，严重情况下会导致探测器工作异常。
目前大多数红外探测器供电电路只提供一个稳定的电容复位电压和光伏二极管偏压，这在不同的温度下使得红外探测器的NETD、非均匀性呈现较大差异。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种红外探测器信号质量稳定输出电路，通过温度采集电路完成环境温度的采集，以采集的温度作为导向，读取先验信息，通过探测器偏压控制电路配置探测器偏压，实现了偏压实时配置，稳定图像信号输出。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种红外探测器信号质量稳定输出电路，包括：主处理器FPGA、温度采集电路、探测器偏压控制电路和探测器信号采集电路；其中，温度采集电路采集红外探测器工作环境温度，将温度数字化后送给主处理器FPGA；主处理器FPGA根据温度采集电路采集的温度，更新探测器偏压工作指令，给探测器偏压控制电路；探测器偏压控制电路根据探测器偏压工作指令更新红外探测器工作电压VR和Vgpol，探测器信号采集电路根据红外探测器工作电压VR和Vgpol校正输出的模拟图像信号并数字化后送给主处理器FPGA。
上述红外探测器信号质量稳定输出电路中，所述温度采集电路包含热敏电阻R1、恒流源N3、采样AD芯片N2、电容C4、电阻R9、电阻R10、电容C11和电容C7；其中，恒流源N3的5脚、6脚分别与3.3VD连接，恒流源N3的1脚、2脚并联后通过电阻R9与热敏电阻R1的正极、电容C4的正极、采样AD芯片N2的2脚连接，恒流源N3的3脚通过电阻R10与电容C4的正极连接；恒流源N3的4脚接3.3VD与电容C11的正极；热敏电阻R1、电容C11的负极接DGND；采样AD芯片N2的1脚接3.3VD，采样AD芯片N2的2脚接热敏电阻R1的正极，采样AD芯片N2的3脚接电容C7的正极，采样AD芯片N2的4脚接DGND，采样AD芯片N2的5脚、6脚、7脚、8脚分别接FPGA芯片N5H的C8脚、D8脚、E8脚、F8脚；电容C7的负极接DGND。
上述红外探测器信号质量稳定输出电路中，主处理器FPGA包含FPGA芯片N5A、FPGA芯片N5J、FPGA芯片N5I、FPGA芯片N5K、FPGA芯片N5L、FPGA芯片N5M、FPGA芯片N5G、FPGA芯片N5H、闪存N10、晶振N11、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R43、电阻R34、电阻R35、电容C44和电容C53；其中，FPGA芯片N5A的C1脚、D2脚、H2脚分别接闪存N10的5脚、1脚、2脚，FPGA芯片N5J的H4脚接电阻R39负极，FPGA芯片N5J的H3脚接电阻R40的负极，FPGA芯片N5J的J5脚接电阻R41的正极，FPGA芯片N5J的H13脚、H12脚均接2.5VD，FPGA芯片N5J的G12脚、J3脚、电阻R40的负极均接DGND,FPGA芯片N5J的H1脚接闪存N10的6脚，FPGA芯片N5J的H14脚接电阻R43的负极，FPGA芯片N5J的H5脚接电阻R44的负极，FPGA芯片N5J的F4脚接电阻R45的负极，电阻R39的正极、电阻R41的正极、电阻R44的正极、电阻R45的正极均接3.3VD，FPGA芯片N5I的R9脚接晶振N11的3脚，FPGA芯片N5A的IO电压、FPGA芯片N5G的IO电压和FPGA芯片N5H的IO电压均接3.3VD，FPGA芯片N5K的内核电压接1.2VD,FPGA芯片N5L的地接DGND,FPGA芯片N5M的模拟电压接2.5VD，FPGA芯片N5M的锁相环供电电压接1.2VD，闪存N10的3脚接3.3VD，闪存N10的4脚、电容C53的负极均接DGND,闪存N10的7脚、8脚接3.3VD和电容C53的正极，晶振N11的1脚悬空，晶振N11的2脚接电容C44的负极和DGND,晶振N11的4脚接2.5VDD和电容C44的正极。
上述红外探测器信号质量稳定输出电路中，探测器偏压控制电路包含电平转换芯片N1、DA芯片U2、隔离运放器U1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C1、电容C2、电容C3、电容C5、电容C6、电容C8、电容C9、电容C10、电容C12、电容C13、电容C14和电容C15；其中，电平转换芯片N1的1脚接3.3VD、电容C2正极，电平转换芯片N1的2脚接DGND,电平转换芯片N1的3脚、4脚、5脚分别接FPGA芯片N5H的B6脚、E7脚、E6脚，电平转换芯片N1的6脚、8脚、9脚、12脚、13脚、15脚悬空，电平转换芯片N1的7脚接3.3VD和电容C1的正极，电平转换芯片N1的10脚接DGND和电容C1的负极，电平转换芯片N1的11脚接GND_TCQ和电容C6的负极，电平转换芯片N1的14脚接VC和电容C6的正极，电平转换芯片N1的16脚、17脚、18脚分别接DA芯片U2的6脚、7脚、8脚，电平转换芯片N1的19脚接GND_TCQ，电平转换芯片N1的20脚接电容C3的正极，电容C3和电容C6的负极接GND_TCQ；DA芯片U2的1脚接探测器Vgpol，DA芯片U2的2脚接隔离运放器U1的12脚，DA芯片U2的3脚、12脚、电阻R24的负极、电容C8的负极、电容C9的负极和电容C10的负极接GND_TCQ,DA芯片U2的4脚接电阻R24的正极，DA芯片U2的5脚接电阻R25的正极，DA芯片U2的9脚、电阻R25的正极、电容C8的正极、电容的C9正极接VC；隔离运放器U1的1脚接电容C12的正极、电阻R15的正极，隔离运放器U1的7脚接电容C13的正极、电阻R16的正极，隔离运放器U1的8脚接电容C14的正极、电阻R17的正极，隔离运放器U1的14脚接电容C15的正极、电阻R18的正极，隔离运放器U1的2脚接电容C12的负极和电阻R20的正极，隔离运放器U1的3脚接电阻R2的负极、电阻R3的正极，隔离运放器U1的4脚接VC和电容C5的正极，隔离运放器U1的5脚接电阻R4的负极和电阻R5的正极，隔离运放器U1的6脚接电容C13的负极和电阻R21的正极，隔离运放器U1的10脚接电阻R6的负极和电阻R7的正极，隔离运放器U1的9脚接电容C14的负极和电阻R22的正极，隔离运放器U1的13脚接电容C15的负极和电阻R23的正极，电阻R2的正极、电阻R4的正极和电阻R6的正极接VC,电阻R3的负极、电阻R5的负极、电阻R7的负极和电容C5的负极接GND_TCQ。
上述红外探测器信号质量稳定输出电路中，探测器信号采集电路包含隔离运放器N4A、隔离运放器N4B、差分运放器N6、AD驱动芯片N7、采样AD芯片N9、电阻R14、电阻R19、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R42、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33、电容C38、电容C39和电容C45；其中，隔离运放器N4A的1脚分别接电阻R19的负极、电阻R27的正极，隔离运放器N4A的2脚接电阻R19的正极，隔离运放器N4A的3脚分别接探测器的输出端、电阻R14的正极，隔离运放器N4A的4脚分别接VC、电容C16的正极，隔离运放器N4B的5脚分别接VF、电容C17的正极，隔离运放器N4B的6脚分别接电阻R26的正极、电阻R28的正极；电容C16的负极、电阻R14的负极、电容C18的负极、电容C19的负极接GND_TCQ；差分运放器N6的1脚接分别电阻R28的负极、电阻R30的正极，差分运放器N6的2脚接电容C18的正极，差分运放器N6的3脚分别接VC和电容C19的正极，差分运放器N6的4脚分别接电阻R30的负极、电阻R33的正极，差分运放器N6的5脚分别接电阻R29的负极、电阻R34的正极，差分运放器N6的6脚、电容C18的负极、电容C19的负极接GND_TCQ,差分运放器N6的7脚悬空，差分运放器N6的8脚分别接电阻R27的负极、电阻R29的正极；AD驱动芯片N7的1脚分别接电阻R34的负极、电阻R36的正极、电容C22的正极，AD驱动芯片N7的2脚分别接电阻R32的正极、电容C20的正极、电阻R31的负极，AD驱动芯片N7的3脚分别接5V_P、电容C21的正极、电阻R31的正极，AD驱动芯片N7的4脚分别接电阻R36的负极、电阻R37的正极、电容C22的正极，AD驱动芯片N7的5脚分别接电容C23的负极、电阻R35的负极、电阻R38的正极，AD驱动芯片N7的7脚悬空，AD驱动芯片N7的8脚分别接电阻R33的负极、电容C23的正极，电容C20的负极、电阻R32的负极、电容C21的负极均接AGND_P,电阻R38的负极分别接电容C24的正极、N9的29脚，电阻R37的负极分别接电容C24的负极、采样AD芯片N9的30脚；采样AD芯片N9的1脚、3脚悬空，采样AD芯片N9的2脚接FPGA芯片N5G的B14脚，采样AD芯片N9的4脚接电阻R42的负极，采样AD芯片N9的5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚、14脚、17脚、18脚、19脚、20脚、21脚分别接FPGA芯片N5G的C14脚、D14脚、D11脚、D12脚、C11脚、B13脚、A14脚、E11脚、E10脚、A12脚、B12脚、A11脚、B11脚、A13脚、F9脚，采样AD芯片N9的15脚分别接DGND、电容C33的负极、电容C32的负极，采样AD芯片N9的16脚分别接电容C33的正极、电阻R46的正极，采样AD芯片N9的22脚分别接电阻R47的负极、电阻R48的正极，采样AD芯片N9的23脚、电容C25的负极、电容C26的负极、电容C27的负极、电容C28的负极、电容C31的负极、电容C38的负极、电容C39的负极、电容C45的负极均接AGND_P，采样AD芯片N9的24脚分别接电容C39的正极、电容C45的正极，采样AD芯片N9的25脚分别接电容C38的正极、电容C29的负极、电容C30的负极，采样AD芯片N9的26脚接电容C29的正极、电容C30的正极、电容C31的正极，采样AD芯片N9的28脚、31脚均接AGND_P，采样AD芯片N9的32脚分别接3.3VA、电容C25的正极、电容C26的正极。
上述红外探测器信号质量稳定输出电路中，采样AD芯片N2的型号为AD7091。
上述红外探测器信号质量稳定输出电路中，恒流源N3的型号为LT30851DCB。
上述红外探测器信号质量稳定输出电路中，闪存N10的型号为EPCQ4AS18N。
上述红外探测器信号质量稳定输出电路中，FPGA芯片N5I的型号为EP3C16U25617。
上述红外探测器信号质量稳定输出电路中，FPGA芯片N5J的型号为EP3C16U25617。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明通过温度采集电路完成环境温度的采集，以采集的温度作为导向，读取先验信息，通过探测器偏压控制电路配置探测器偏压，实现了偏压实时配置，稳定图像信号输出。
(2)本发明通过探测器信号采集电路的隔离运放实现信号的隔离，减少探测器输出端的噪声干扰，同时提高探测器带载能力。
(3)本发明通过探测器信号采集电路的差分运放调整探测器信号输出动态范围的偏离基准，防止饱和失真和截止失真。
(4)本发明通过探测器信号采集电路的比例放大模块与差分运放模块，完成信号的单端到差分的转换，减少了电路的共模干扰，同时实现图像信号的高速采集与传输。
(5)本发明减少了图像噪声和NETD,改善了图像的非均匀性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明的外探测器信号质量稳定输出电路的结构框图；
图2是本发明探测器的温度采集电路的示意图；
图3是本发明的FPGA信号引脚连接图；
图4是本发明的FPGA配置引脚连接图；
图5是本发明的FPGA电源引脚连接图；
图6是本发明的探测器偏压控制电路的电平转换模块和DA控制模块的示意图；
图7是本发明的探测器偏压控制电路的运放驱动模块的示意图；
图8是本发明探测器信号采集电路的隔离运放和差分运放模块的示意图；
图9是本发明探测器信号采集电路的差分驱动模块的示意图；
图10是本发明探测器信号采集电路的AD采集模块的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明的外探测器信号质量稳定输出电路的结构框图。如图1所示，该红外探测器信号质量稳定输出电路包括：主处理器FPGA100、温度采集电路200、探测器偏压控制电路101和探测器信号采集电路201；其中，
温度采集电路200采集红外探测器工作环境温度，将温度数字化后送给主处理器FPGA100；主处理器FPGA100根据温度采集电路200采集的温度，更新探测器偏压工作指令，给探测器偏压控制电路101；探测器偏压控制电路101根据探测器偏压工作指令更新红外探测器工作电压VR和Vgpol，探测器信号采集电路201)根据红外探测器工作电压VR和Vgpol校正输出的模拟图像信号并数字化后送给主处理器FPGA100。
探测器到达制冷温度后，温度采集电路采集环境温度，发送给FPGA。FPGA跟据采集到的环境温度和预先缓存的数据表，输出指令给探测器偏压控制电路，实现探测器偏压的调整。探测器信号采集电路将采集的图像信号隔离，比例放大、单端转差分以及数字化后送给FPGA。FPGA采集到的信号解码处理后生成所需的红外图像信号。
如图2所示，该温度采集电路200包含热敏电阻R1、恒流源N3、采样AD芯片N2、电容C4、电阻R9、电阻R10、电容C11和电容C7；其中，
恒流源N3的5脚、6脚分别与3.3VD连接，恒流源N3的1脚、2脚并联后通过电阻R9与热敏电阻R1的正极、电容C4的正极、采样AD芯片N2的2脚连接，恒流源N3的3脚通过电阻R10与电容C4的正极连接；恒流源N3的4脚接3.3VD与电容C11的正极；热敏电阻R1、电容C11的负极接DGND；采样AD芯片N2的1脚接3.3VD，采样AD芯片N2的2脚接热敏电阻R1的正极，采样AD芯片N2的3脚接电容C7的正极，采样AD芯片N2的4脚接DGND，采样AD芯片N2的5脚、6脚、7脚、8脚分别接FPGA芯片N5H的C8脚、D8脚、E8脚、F8脚；电容C7的负极接DGND。
如图3、图4和图5所示，主处理器FPGA100包含FPGA芯片N5A、FPGA芯片N5J、FPGA芯片N5I、FPGA芯片N5K、FPGA芯片N5L、FPGA芯片N5M、FPGA芯片N5G、FPGA芯片N5H、闪存N10、晶振N11、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R43、电阻R34、电阻R35、电容C44和电容C53；其中，
FPGA芯片N5A的C1脚、D2脚、H2脚分别接闪存N10的5脚、1脚、2脚，FPGA芯片N5J的H4脚接电阻R39负极，FPGA芯片N5J的H3脚接电阻R40的负极，FPGA芯片N5J的J5脚接电阻R41的正极，FPGA芯片N5J的H13脚、H12脚均接2.5VD，FPGA芯片N5J的G12脚、J3脚、电阻R40的负极均接DGND,FPGA芯片N5J的H1脚接闪存N10的6脚，FPGA芯片N5J的H14脚接电阻R43的负极，FPGA芯片N5J的H5脚接电阻R44的负极，FPGA芯片N5J的F4脚接电阻R45的负极，电阻R39的正极、电阻R41的正极、电阻R44的正极、电阻R45的正极均接3.3VD，FPGA芯片N5I的R9脚接晶振N11的3脚，FPGA芯片N5A的IO电压、FPGA芯片N5G的IO电压和FPGA芯片N5H的IO电压均接3.3VD，FPGA芯片N5K的内核电压接1.2VD,FPGA芯片N5L的地接DGND,FPGA芯片N5M的模拟电压接2.5VD，FPGA芯片N5M的锁相环供电电压接1.2VD，闪存N10的3脚接3.3VD，闪存N10的4脚、电容C53的负极均接DGND,闪存N10的7脚、8脚接3.3VD和电容C53的正极，晶振N11的1脚悬空，晶振N11的2脚接电容C44的负极和DGND,晶振N11的4脚接2.5VDD和电容C44的正极。
如图6和图7所示，探测器偏压控制电路101包含电平转换芯片N1、DA芯片U2、隔离运放器U1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C1、电容C2、电容C3、电容C5、电容C6、电容C8、电容C9、电容C10、电容C12、电容C13、电容C14和电容C15；其中，
电平转换芯片N1的1脚接3.3VD、电容C2正极，电平转换芯片N1的2脚接DGND,电平转换芯片N1的3脚、4脚、5脚分别接FPGA芯片N5H的B6脚、E7脚、E6脚，电平转换芯片N1的6脚、8脚、9脚、12脚、13脚、15脚悬空，电平转换芯片N1的7脚接3.3VD和电容C1的正极，电平转换芯片N1的10脚接DGND和电容C1的负极，电平转换芯片N1的11脚接GND_TCQ和电容C6的负极，电平转换芯片N1的14脚接VC和电容C6的正极，电平转换芯片N1的16脚、17脚、18脚分别接DA芯片U2的6脚、7脚、8脚，电平转换芯片N1的19脚接GND_TCQ，电平转换芯片N1的20脚接电容C3的正极，电容C3和电容C6的负极接GND_TCQ；DA芯片U2的1脚接探测器Vgpol，DA芯片U2的2脚接隔离运放器U1的12脚，DA芯片U2的3脚、12脚、电阻R24的负极、电容C8的负极、电容C9的负极和电容C10的负极接GND_TCQ,DA芯片U2的4脚接电阻R24的正极，DA芯片U2的5脚接电阻R25的正极，DA芯片U2的9脚、电阻R25的正极、电容C8的正极、电容的C9正极接VC；隔离运放器U1的1脚接电容C12的正极、电阻R15的正极，隔离运放器U1的7脚接电容C13的正极、电阻R16的正极，隔离运放器U1的8脚接电容C14的正极、电阻R17的正极，隔离运放器U1的14脚接电容C15的正极、电阻R18的正极，隔离运放器U1的2脚接电容C12的负极和电阻R20的正极，隔离运放器U1的3脚接电阻R2的负极、电阻R3的正极，隔离运放器U1的4脚接VC和电容C5的正极，隔离运放器U1的5脚接电阻R4的负极和电阻R5的正极，隔离运放器U1的6脚接电容C13的负极和电阻R21的正极，隔离运放器U1的10脚接电阻R6的负极和电阻R7的正极，隔离运放器U1的9脚接电容C14的负极和电阻R22的正极，隔离运放器U1的13脚接电容C15的负极和电阻R23的正极，电阻R2的正极、电阻R4的正极和电阻R6的正极接VC,电阻R3的负极、电阻R5的负极、电阻R7的负极和电容C5的负极接GND_TCQ。
如图8、图9和图10所示，探测器信号采集电路201包含隔离运放器N4A、隔离运放器N4B、差分运放器N6、AD驱动芯片N7、采样AD芯片N9、电阻R14、电阻R19、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R42、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33、电容C38、电容C39和电容C45；其中，
隔离运放器N4A的1脚分别接电阻R19的负极、电阻R27的正极，隔离运放器N4A的2脚接电阻R19的正极，隔离运放器N4A的3脚分别接探测器的输出端、电阻R14的正极，隔离运放器N4A的4脚分别接VC、电容C16的正极，隔离运放器N4B的5脚分别接VF、电容C17的正极，隔离运放器N4B的6脚分别接电阻R26的正极、电阻R28的正极；电容C16的负极、电阻R14的负极、电容C18的负极、电容C19的负极接GND_TCQ；差分运放器N6的1脚接分别电阻R28的负极、电阻R30的正极，差分运放器N6的2脚接电容C18的正极，差分运放器N6的3脚分别接VC和电容C19的正极，差分运放器N6的4脚分别接电阻R30的负极、电阻R33的正极，差分运放器N6的5脚分别接电阻R29的负极、电阻R34的正极，差分运放器N6的6脚、电容C18的负极、电容C19的负极接GND_TCQ,差分运放器N6的7脚悬空，差分运放器N6的8脚分别接电阻R27的负极、电阻R29的正极；AD驱动芯片N7的1脚分别接电阻R34的负极、电阻R36的正极、电容C22的正极，AD驱动芯片N7的2脚分别接电阻R32的正极、电容C20的正极、电阻R31的负极，AD驱动芯片N7的3脚分别接5V_P、电容C21的正极、电阻R31的正极，AD驱动芯片N7的4脚分别接电阻R36的负极、电阻R37的正极、电容C22的正极，AD驱动芯片N7的5脚分别接电容C23的负极、电阻R35的负极、电阻R38的正极，AD驱动芯片N7的7脚悬空，AD驱动芯片N7的8脚分别接电阻R33的负极、电容C23的正极，电容C20的负极、电阻R32的负极、电容C21的负极均接AGND_P,电阻R38的负极分别接电容C24的正极、N9的29脚，电阻R37的负极分别接电容C24的负极、采样AD芯片N9的30脚；采样AD芯片N9的1脚、3脚悬空，采样AD芯片N9的2脚接FPGA芯片N5G的B14脚，采样AD芯片N9的4脚接电阻R42的负极，采样AD芯片N9的5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚、14脚、17脚、18脚、19脚、20脚、21脚分别接FPGA芯片N5G的C14脚、D14脚、D11脚、D12脚、C11脚、B13脚、A14脚、E11脚、E10脚、A12脚、B12脚、A11脚、B11脚、A13脚、F9脚，采样AD芯片N9的15脚分别接DGND、电容C33的负极、电容C32的负极，采样AD芯片N9的16脚分别接电容C33的正极、电阻R46的正极，采样AD芯片N9的22脚分别接电阻R47的负极、电阻R48的正极，采样AD芯片N9的23脚、电容C25的负极、电容C26的负极、电容C27的负极、电容C28的负极、电容C31的负极、电容C38的负极、电容C39的负极、电容C45的负极均接AGND_P，采样AD芯片N9的24脚分别接电容C39的正极、电容C45的正极，采样AD芯片N9的25脚分别接电容C38的正极、电容C29的负极、电容C30的负极，采样AD芯片N9的26脚接电容C29的正极、电容C30的正极、电容C31的正极，采样AD芯片N9的28脚、31脚均接AGND_P，采样AD芯片N9的32脚分别接3.3VA、电容C25的正极、电容C26的正极。
采样AD芯片N2的型号为AD7091。恒流源N3的型号为LT30851DCB。闪存N10的型号为EPCQ4AS18N。FPGA芯片N5I的型号为EP3C16U25617。FPGA芯片N5J的型号为EP3C16U25617。
本实施例根据先验信息和环境温度实现探测器的偏压控制，实现不同温度工况下的图像信号的稳定输出，使产品的适用范围更广，提高产品合格率，降低成本；产品装调后，软件配置偏压的方法可以线性大范围高精度调节偏压，与现阶段的电阻偏压调节方法相比，精度更高，减少了反复装调带来的人力成本并规避了禁限用工艺。
本发明通过温度采集电路完成环境温度的采集，以采集的温度作为导向，读取先验信息，通过探测器偏压控制电路配置探测器偏压，实现了偏压实时配置，稳定图像信号输出。本发明通过探测器信号采集电路的隔离运放实现信号的隔离，减少探测器输出端的噪声干扰，同时提高探测器带载能力。本发明通过探测器信号采集电路的差分运放调整探测器信号输出动态范围的偏离基准，防止饱和失真和截止失真。本发明通过探测器信号采集电路的比例放大模块与差分运放模块，完成信号的单端到差分的转换，减少了电路的共模干扰，同时实现图像信号的高速采集与传输。本发明减少了图像噪声和NETD,改善了图像的非均匀性。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种红外探测器信号质量稳定输出电路，其特征在于包括：主处理器FPGA(100)、温度采集电路(200)、探测器偏压控制电路(101)和探测器信号采集电路(201)；其中，
温度采集电路(200)采集红外探测器工作环境温度，将温度数字化后送给主处理器FPGA(100)；主处理器FPGA(100)根据温度采集电路(200)采集的温度，更新探测器偏压工作指令，给探测器偏压控制电路(101)；探测器偏压控制电路(101)根据探测器偏压工作指令更新红外探测器工作电压VR和Vgpol，探测器信号采集电路(201)根据红外探测器工作电压VR和Vgpol校正输出的模拟图像信号并数字化后送给主处理器FPGA(100)。
2.根据权利要求1所述的红外探测器信号质量稳定输出电路，其特征在于：所述温度采集电路(200)包含热敏电阻R1、恒流源N3、采样AD芯片N2、电容C4、电阻R9、电阻R10、电容C11和电容C7；其中，
恒流源N3的5脚、6脚分别与3.3VD连接，恒流源N3的1脚、2脚并联后通过电阻R9与热敏电阻R1的正极、电容C4的正极、采样AD芯片N2的2脚连接，恒流源N3的3脚通过电阻R10与电容C4的正极连接；恒流源N3的4脚接3.3VD与电容C11的正极；热敏电阻R1、电容C11的负极接DGND；采样AD芯片N2的1脚接3.3VD，采样AD芯片N2的2脚接热敏电阻R1的正极，采样AD芯片N2的3脚接电容C7的正极，采样AD芯片N2的4脚接DGND，采样AD芯片N2的5脚、6脚、7脚、8脚分别接FPGA芯片N5H的C8脚、D8脚、E8脚、F8脚；电容C7的负极接DGND。
3.根据权利要求1所述的红外探测器信号质量稳定输出电路，其特征在于：主处理器FPGA(100)包含FPGA芯片N5A、FPGA芯片N5J、FPGA芯片N5I、FPGA芯片N5K、FPGA芯片N5L、FPGA芯片N5M、FPGA芯片N5G、FPGA芯片N5H、闪存N10、晶振N11、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R43、电阻R34、电阻R35、电容C44和电容C53；其中，
FPGA芯片N5A的C1脚、D2脚、H2脚分别接闪存N10的5脚、1脚、2脚，FPGA芯片N5J的H4脚接电阻R39负极，FPGA芯片N5J的H3脚接电阻R40的负极，FPGA芯片N5J的J5脚接电阻R41的正极，FPGA芯片N5J的H13脚、H12脚均接2.5VD，FPGA芯片N5J的G12脚、J3脚、电阻R40的负极均接DGND,FPGA芯片N5J的H1脚接闪存N10的6脚，FPGA芯片N5J的H14脚接电阻R43的负极，FPGA芯片N5J的H5脚接电阻R44的负极，FPGA芯片N5J的F4脚接电阻R45的负极，电阻R39的正极、电阻R41的正极、电阻R44的正极、电阻R45的正极均接3.3VD，FPGA芯片N5I的R9脚接晶振N11的3脚，FPGA芯片N5A的IO电压、FPGA芯片N5G的IO电压和FPGA芯片N5H的IO电压均接3.3VD，FPGA芯片N5K的内核电压接1.2VD,FPGA芯片N5L的地接DGND,FPGA芯片N5M的模拟电压接2.5VD，FPGA芯片N5M的锁相环供电电压接1.2VD，闪存N10的3脚接3.3VD，闪存N10的4脚、电容C53的负极均接DGND,闪存N10的7脚、8脚接3.3VD和电容C53的正极，晶振N11的1脚悬空，晶振N11的2脚接电容C44的负极和DGND,晶振N11的4脚接2.5VDD和电容C44的正极。
4.根据权利要求3所述的红外探测器信号质量稳定输出电路，其特征在于：探测器偏压控制电路(101)包含电平转换芯片N1、DA芯片U2、隔离运放器U1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C1、电容C2、电容C3、电容C5、电容C6、电容C8、电容C9、电容C10、电容C12、电容C13、电容C14和电容C15；其中，
电平转换芯片N1的1脚接3.3VD、电容C2正极，电平转换芯片N1的2脚接DGND,电平转换芯片N1的3脚、4脚、5脚分别接FPGA芯片N5H的B6脚、E7脚、E6脚，电平转换芯片N1的6脚、8脚、9脚、12脚、13脚、15脚悬空，电平转换芯片N1的7脚接3.3VD和电容C1的正极，电平转换芯片N1的10脚接DGND和电容C1的负极，电平转换芯片N1的11脚接GND_TCQ和电容C6的负极，电平转换芯片N1的14脚接VC和电容C6的正极，电平转换芯片N1的16脚、17脚、18脚分别接DA芯片U2的6脚、7脚、8脚，电平转换芯片N1的19脚接GND_TCQ，电平转换芯片N1的20脚接电容C3的正极，电容C3和电容C6的负极接GND_TCQ；DA芯片U2的1脚接探测器Vgpol，DA芯片U2的2脚接隔离运放器U1的12脚，DA芯片U2的3脚、12脚、电阻R24的负极、电容C8的负极、电容C9的负极和电容C10的负极接GND_TCQ,DA芯片U2的4脚接电阻R24的正极，DA芯片U2的5脚接电阻R25的正极，DA芯片U2的9脚、电阻R25的正极、电容C8的正极、电容的C9正极接VC；隔离运放器U1的1脚接电容C12的正极、电阻R15的正极，隔离运放器U1的7脚接电容C13的正极、电阻R16的正极，隔离运放器U1的8脚接电容C14的正极、电阻R17的正极，隔离运放器U1的14脚接电容C15的正极、电阻R18的正极，隔离运放器U1的2脚接电容C12的负极和电阻R20的正极，隔离运放器U1的3脚接电阻R2的负极、电阻R3的正极，隔离运放器U1的4脚接VC和电容C5的正极，隔离运放器U1的5脚接电阻R4的负极和电阻R5的正极，隔离运放器U1的6脚接电容C13的负极和电阻R21的正极，隔离运放器U1的10脚接电阻R6的负极和电阻R7的正极，隔离运放器U1的9脚接电容C14的负极和电阻R22的正极，隔离运放器U1的13脚接电容C15的负极和电阻R23的正极，电阻R2的正极、电阻R4的正极和电阻R6的正极接VC,电阻R3的负极、电阻R5的负极、电阻R7的负极和电容C5的负极接GND_TCQ。
5.根据权利要求3所述的红外探测器信号质量稳定输出电路，其特征在于：探测器信号采集电路(201)包含隔离运放器N4A、隔离运放器N4B、差分运放器N6、AD驱动芯片N7、采样AD芯片N9、电阻R14、电阻R19、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R42、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33、电容C38、电容C39和电容C45；其中，
隔离运放器N4A的1脚分别接电阻R19的负极、电阻R27的正极，隔离运放器N4A的2脚接电阻R19的正极，隔离运放器N4A的3脚分别接探测器的输出端、电阻R14的正极，隔离运放器N4A的4脚分别接VC、电容C16的正极，隔离运放器N4B的5脚分别接VF、电容C17的正极，隔离运放器N4B的6脚分别接电阻R26的正极、电阻R28的正极；电容C16的负极、电阻R14的负极、电容C18的负极、电容C19的负极接GND_TCQ；差分运放器N6的1脚接分别电阻R28的负极、电阻R30的正极，差分运放器N6的2脚接电容C18的正极，差分运放器N6的3脚分别接VC和电容C19的正极，差分运放器N6的4脚分别接电阻R30的负极、电阻R33的正极，差分运放器N6的5脚分别接电阻R29的负极、电阻R34的正极，差分运放器N6的6脚、电容C18的负极、电容C19的负极接GND_TCQ,差分运放器N6的7脚悬空，差分运放器N6的8脚分别接电阻R27的负极、电阻R29的正极；AD驱动芯片N7的1脚分别接电阻R34的负极、电阻R36的正极、电容C22的正极，AD驱动芯片N7的2脚分别接电阻R32的正极、电容C20的正极、电阻R31的负极，AD驱动芯片N7的3脚分别接5V_P、电容C21的正极、电阻R31的正极，AD驱动芯片N7的4脚分别接电阻R36的负极、电阻R37的正极、电容C22的正极，AD驱动芯片N7的5脚分别接电容C23的负极、电阻R35的负极、电阻R38的正极，AD驱动芯片N7的7脚悬空，AD驱动芯片N7的8脚分别接电阻R33的负极、电容C23的正极，电容C20的负极、电阻R32的负极、电容C21的负极均接AGND_P,电阻R38的负极分别接电容C24的正极、N9的29脚，电阻R37的负极分别接电容C24的负极、采样AD芯片N9的30脚；采样AD芯片N9的1脚、3脚悬空，采样AD芯片N9的2脚接FPGA芯片N5G的B14脚，采样AD芯片N9的4脚接电阻R42的负极，采样AD芯片N9的5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚、14脚、17脚、18脚、19脚、20脚、21脚分别接FPGA芯片N5G的C14脚、D14脚、D11脚、D12脚、C11脚、B13脚、A14脚、E11脚、E10脚、A12脚、B12脚、A11脚、B11脚、A13脚、F9脚，采样AD芯片N9的15脚分别接DGND、电容C33的负极、电容C32的负极，采样AD芯片N9的16脚分别接电容C33的正极、电阻R46的正极，采样AD芯片N9的22脚分别接电阻R47的负极、电阻R48的正极，采样AD芯片N9的23脚、电容C25的负极、电容C26的负极、电容C27的负极、电容C28的负极、电容C31的负极、电容C38的负极、电容C39的负极、电容C45的负极均接AGND_P，采样AD芯片N9的24脚分别接电容C39的正极、电容C45的正极，采样AD芯片N9的25脚分别接电容C38的正极、电容C29的负极、电容C30的负极，采样AD芯片N9的26脚接电容C29的正极、电容C30的正极、电容C31的正极，采样AD芯片N9的28脚、31脚均接AGND_P，采样AD芯片N9的32脚分别接3.3VA、电容C25的正极、电容C26的正极。
6.根据权利要求2所述的红外探测器信号质量稳定输出电路，其特征在于：采样AD芯片N2的型号为AD7091。
7.根据权利要求2所述的红外探测器信号质量稳定输出电路，其特征在于：恒流源N3的型号为LT30851DCB。
8.根据权利要求3所述的红外探测器信号质量稳定输出电路，其特征在于：闪存N10的型号为EPCQ4AS18N。
9.根据权利要求3所述的红外探测器信号质量稳定输出电路，其特征在于：FPGA芯片N5I的型号为EP3C16U25617。
10.根据权利要求3所述的红外探测器信号质量稳定输出电路，其特征在于：FPGA芯片N5J的型号为EP3C16U25617。
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