EP2569608A1 - Pin-kompatibler infrarotlichtdetektor mit verbesserter thermischer stabilität - Google Patents

Pin-kompatibler infrarotlichtdetektor mit verbesserter thermischer stabilität

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EP2569608A1
EP2569608A1 EP11719005A EP11719005A EP2569608A1 EP 2569608 A1 EP2569608 A1 EP 2569608A1 EP 11719005 A EP11719005 A EP 11719005A EP 11719005 A EP11719005 A EP 11719005A EP 2569608 A1 EP2569608 A1 EP 2569608A1
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EP
European Patent Office
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infrared light
light detector
inverting input
supply voltage
transimpedance amplifier
Prior art date
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Ceased
Application number
EP11719005A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Timothy John Chamberlain
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pyreos Ltd
Original Assignee
Pyreos Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2569608A1 publication Critical patent/EP2569608A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/34—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors

Definitions

  • the invention relates to a pin-compatible
  • An infrared light detector for detecting heat radiation has, for example, a pyroelectric sensor chip
  • Thin-film construction with two electrode layers and a pyroelectric layer of pyroelectric sensitive material arranged between the electrode layers.
  • Material is ferroelectric lead zirconate titanate (PZT).
  • PZT ferroelectric lead zirconate titanate
  • the electrical signal results from a
  • pyroelectric infrared sensors are read out by means of a "source follow" circuit, whereby the voltage induced between two electrodes is amplified by means of a high resistance of, for example, 10-100Gig ohms and a junction field effect transistor Combination with the relatively high capacity of the pyroelectric
  • Time gradients such as an unwanted thermal shock and / or unwanted vibration are exposed, they have a high electrical time constant.
  • This high electrical time constant in the "source follow" mode leads to a long "downtime” of a few seconds, during which the gas analyzer undesirably can not measure.
  • thermal stability undesirable effects, for example due to the undesirable thermal shock and / or undesirable vibration, are referred to as thermal stability.
  • the sensor chip has a high capacity with its pyroelectric layer, wherein for amplifying the to the
  • Transimpedance amplifier is conventionally based on a
  • the operational amplifier has an inverting and a non-inverting input, wherein the output of the operational amplifier via a
  • Resistor is negative feedback to the inverting input.
  • the sensor chip is connected with its one electrode layer to the inverting input and lies with its other electrode layer to ground. The non-inverting input is also grounded.
  • the output signal of the transimpedance amplifier is usually not compatible with a downstream one
  • Transimpedance amplifier an electric current as
  • Output signal provides, whereas the "source follow" circuit, an electrical voltage as an output signal
  • infrared sensors based on "source follow" readout electronics do not easily interfere with infrared sensors operating on a
  • Transimpedanzwandlerscnies based can be replaced.
  • the exchange of the infrared sensors would be a Modification of the downstream readout circuit, resulting in a costly modification of the entire
  • PCB would go along. It would be desirable a pin compatible infrared light detector, the on a
  • Transimpedance amplifier is based, wherein when exchanged with an infrared sensor based on a "source follow" circuit, a modification of a readout electronics, would not be required.
  • the object of the invention is to provide an infrared light detector with a transimpedance amplifier, which is pin-compatible with an infrared sensor based on a "source follow" circuit, so that a modification of a readout electronics, which is connected downstream of the infrared sensor based on the "source follow" is not required, the
  • Infrared sensor has a high thermal stability.
  • the infrared light detector according to the invention has at least one sensor chip which has a layer element made of a pyroelectric sensitive material and a base electrode and a top electrode, to which the layer element is connected for tapping the electrical signals generated in the layer element by their irradiation with light, and a transimpedance amplifier for Amplify the signals with an operational amplifier, which with a
  • Supply voltage is operated asymmetrically and at the inverting input of the base electrode is connected to the supply voltage source is provided to ground voltage divider with a sub-node to which a partial voltage is applied, which is smaller than the supply voltage, and with the non-inverting input and the Head electrode is electrically coupled.
  • Head electrode and the non-inverting input is at the head electrode and at the non-inverting input
  • Circuit for signal processing is applied, which is operated in the voltage mode, without causing the circuit to the
  • Signal processing circuits pin-compatible together. This allows the infrared light detector with his
  • Transimpedance amplifier and its pyroelectric sensor chip are operated together with conventional signal processing circuits in the voltage mode. Furthermore, the infrared detector according to the invention surprisingly has high thermal stability.
  • the voltage divider comprises a plurality of series-connected and grounded partial resistors. In terms of population, the voltage divider has two of the
  • Partial resistors between which the sub-node is located.
  • the value of the partial voltage is defined as a function of the supply voltage and as a function of the ratio of the resistance values of the partial resistors.
  • Each of the partial resistors preferably has the same resistance, whereby the value of the partial voltage is half that of the supply voltage.
  • the transimpedance amplifier has a negative feedback resistance connected between the inverting input and an output of the
  • the negative feedback resistor has a value of 100 ⁇ to 100 GQ.
  • At the output of the operational amplifier is a
  • the transimpedance amplifier has a negative feedback capacitor connected in parallel with the negative feedback resistor between the inverting input and the output of the operational amplifier, the negative feedback capacitor having a capacitance of 0.01 pF to 10 pF, more preferably 0.1 pF to 1 pF.
  • Infrared light detector preferably has at least two of
  • Transimpedance amplifier is connected, the
  • Transimpedance amplifier connected in parallel to the
  • Supply voltage source and are connected to the sub-node.
  • Infrared light detector 1 a first sensor chip 3 and a second sensor chip 4, wherein the sensor chips 3, 4 each have a pyroelectric layer element 5, 8. On the infrared light detector 1 incident light 2 strikes the sensor chips 3, 4, wherein in the pyroelectric
  • the sensor chips 3, 4 each have a base electrode 6, 9 and a top electrode 7, 10, wherein between the
  • each of the pyroelectric layer element 5, 8 is arranged and tapped.
  • the charges shifted in the sensor chips 3, 4 by the incident light 2 result in a signal to be amplified.
  • the gain of the signal becomes for the first sensor chip 3 accomplished with a first transimpedance amplifier 11 and for the second sensor chip 4 with a second transimpedance amplifier 12.
  • To supply the infrared light detector 1 is a
  • Supply voltage source 13 is provided, which provides based on a mass 14, a positive supply voltage.
  • a voltage divider 15 is connected, of a first partial resistance 16 and a second
  • Partial resistance 17 is formed, wherein the partial resistors 16, 17 are connected in series and the mass 14. This results in a partial node 18 between the first partial resistance 16 and the second partial resistance 17, to which, relative to the mass 14, a partial voltage is applied.
  • Partial resistance 16 and the second partial resistance 17 each have the same resistance, so that the partial voltage is half as high as the supply voltage.
  • the transimpedance amplifiers 11, 12 each have one
  • Input 20, 26 and an inverting input 21, 27 and an output 22, 28 has. Between the inverting input
  • Countercoupling capacitor 24, 30 is provided, wherein of the
  • Transimpedance amplifier 11, 12 is formed.
  • the base electrode 6, 9 of each sensor chip 3, 4 is connected to the respective inverting input 21, 27,
  • the operational amplifiers 19, 25 are operated asymmetrically by the supply voltage source 13, wherein one of the supply terminals of the operational amplifiers 19, 25 with the supply voltage source 13 and the other of the Supply terminals of the operational amplifiers 19, 25 are connected to the ground 14.
  • the negative feedback capacitors 24, 30 have a capacity of 0.01 pF to 10 pF, more preferably from 0.1 pF to 1 pF.
  • the electrical time constant is as i e i
  • Infrared light detector 1 by its invention

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Abstract

Ein Infrarotlichtdetektor weist mindestens einen Sensorchip (3, 4), der ein aus einem pyroelektrisch sensitiven Material hergestelltes Schichtelement (5, 8) sowie eine Basiselektrode (6, 9) und eine Kopfelektrode (7, 10) aufweist, an die das Schichtelement (5, 8) zum Abgreifen von in dem Schichtelement (5, 8) durch deren Bestrahlung mit Licht (2) erzeugten elektrischen Signalen angeschlossen ist, und einen Transimpedanzverstärker (11, 12) zum Verstärken der Signale mit einem Operationsverstärker (19, 25) auf, der mit einer Versorgungsspannungsquelle (13) mit einer positiven Versorgungsspannung asymmetrisch betrieben sind und an dessen invertierenden Eingang (21, 27) die Basiselektrode (6, 9) angeschlossen ist, wobei an der Versorgungsspannungsquelle (13) ein auf Masse (14) gelegter Spannungsteiler (15) mit einem Teilknoten (18) versehen ist, an dem eine Teilspannung anliegt, die kleiner als die Versorgungsspannung ist, und der mit dem nichtinvertierenden Eingang (20, 26) sowie der Kopfelektrode (7, 10) elektrisch gekoppelt ist.

Description

Beschreibung
Pin-kompatibler Infrarotlichtdetektor mit verbesserter
thermischer Stabilität
Die Erfindung betrifft einen Pin-kompatiblen
Infrarotlichtdetektor mit verbesserter thermischer Stabilität und insbesondere einen Infrarotlichtdetektor mit einem
Signalverstärker, der Pin-kompatibel ist.
Ein Infrarotlichtdetektor zum Detektieren von Wärmestrahlung weist beispielsweise einen pyroelektrischen Sensorchip in
Dünnschichtbauweise mit zwei Elektrodenschichten und einer zwischen den Elektrodenschichten angeordneten pyroelektrischen Schicht aus pyroelektrisch sensitivem Material auf. Dieses
Material ist ferroelektrisches Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) . Zum Auslesen, Verstärken, Verarbeiten und/oder Weiterleiten eines aufgrund von Wärmestrahlung vom Sensorchip erzeugten
elektrischen Signals ist eine Signalverstärkerschaltung
vorgesehen. Das elektrische Signal ergibt sich aus einer
Ladungsverschiebung von der einen Elektrodenschicht via die pyroelektrische Schicht zu der anderen Elektrodenschicht, so dass an den Elektrodenschichten eine Differenzspannung und/oder Ladung abgreifbar ist/sind.
Herkömmlich werden pyroelektrische Infratosensoren mit Hilfe einer „Source Follow" Schaltung ausgelesen, wobei die Spanuung, die zwischen zwei Elektroden induziert wird, mittels eines hochohmigen Widerstands beispielsweise von 10-100Giga Ohm und einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor verstärkt wird. Der hochohmige Widerstand in dieser Schaltung in Kombination mit den relativ hohen Kapazitaeten der pyroelktrsichen
Infrarotsensoren führt zu sehr großen elektrischen
Zeitkonstanten (τβι =R * CPixei) . Viele Gasdetektionsgeräte , die auf einen nichtdispersiven Infrarot-Absorptionsanalysator basieren (NDIR) , benutzen pyroelktrische Infrarotsensoren zur Messung der Gaskonzentration. Diese Gasdetektionsgeräte haben jedoch im „Source Follow" Mode den Nachteil, dass, wenn sie einer Erwärmung und/oder einer Vibration mit einem hohen
Zeitgradienten, beispielsweise einem unerwünschten thermischen Schock und/oder einer unerwünschten Erschütterung, ausgesetzt sind, sie eine hohe elektrische Zeitkonstante haben. Diese hohe elektrische Zeitkonstante im „Source Follow" Mode führt zu einer langen „Downtime" von einigen Sekunden, während dessen das Gasmessgerät unerwünscht nicht messen kann. Die
Unempfindlichkeit der Gasdetektionsgeräte gegen diese
unerwünschten Beeinträchtigungen, beispielsweise aufgrund des unerwünschten thermischen Schocks und/oder der unerwünschten Erschütterung, wird als thermische Stabilität bezeichnet.
Der Sensorchip weist mit seiner pyroelektrischen Schicht eine hohe Kapazität auf, wobei zum Verstärken der an den
Elektrodenschichten anliegenden Ladungen ein
Transimpedanzverstärker bekannt ist. Der
Transimpedanzverstärker ist herkömmlich auf Basis eines
Operationsverstärkers aufgebaut. Der Operationsverstärker hat einen invertierenden und einen nichtinvertierenden Eingang, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers via einen
Widerstand an den invertierenden Eingang gegengekoppelt ist. Der Sensorchip ist mit seiner einen Ele.ktrodenschicht an den invertierenden Eingang angeschlossen und liegt mit seiner anderen Elektrodenschicht auf Masse. Der nichtinvertierende Eingang liegt ebenfalls auf Masse.
Herkömmlich ist das Ausgangssignal des Transimpedanzverstärkers in der Regel nicht kompatibel mit einer nachgeschalteten
Ausleseelektronik, die in Kombination mit einer „Source Follow" Schaltung verwendet wird. Der Grund liegt darin, dass der
Transimpedanzverstärker einen elektrischen Strom als
Ausgangssignal bereitstellt, wohingegen die „Source Follow" Schaltung eine elektrische Spannung als Ausgangssignal
bereitstellt. Dies hat zur Folge, dass Infrarotsensoren, die auf eine „Source Follow" Ausleseelektronik basieren, nicht problemlos gegen Infrarotsensoren, die auf eine
Transimpedanzwandlerschaltung basieren, ausgetauscht werden können. Der Austausch von den Infrarotsensoren würde eine Modifikation der nachgeschalteten Ausleseschaltung erfordern, was mit einer kostenintensiven Modifikation der gesamten
Leiterplatte einhergehen würde. Wünschenswert wäre ein Pinkompatibler Infrarotlichtdetektor, der auf einen
Transimpedanzverstärker basiert, wobei beim Austausch mit einem Infrarotsensor basierend auf eine „Source Follow" Schaltung eine Modifikation einer Ausleselektronik, nicht erforderlich wäre .
Aufgabe der Erfindung ist es einen Infrarotlichtdetektor mit einem Transimpedanzverstärker zu schaffen, der Pin-kompatibel zu einem Infrarotsensor basierend auf eine „Source Follow" Schaltung ist, so das eine Modifikation einer Ausleselektronik, die dem Infrarotsensor basierend auf die „Source Follow" nachgeschaltet ist, nicht erforderlich ist, wobei der
Infrarotsensor eine hohe thermische Stabilität hat.
Der erfindungsgemäße Infrarotlichtdetektor weist mindestens einen Sensorchip, der ein aus einem pyroelektrisch sensitiven Material hergestelltes Schichtelement sowie eine Basiselektrode und eine Kopfelektrode aufweist, an die das Schichtelement zum Abgreifen von den im Schichtelement durch deren Bestrahlung mit Licht erzeugten elektrischen Signalen angeschlossen ist, und einen Transimpedanzverstärker zum Verstärken der Signale mit einem Operationsverstärker auf, der mit einer
Versorgungsspannungsquelle mit einer positiven
Versorgungsspannung asymmetrisch betrieben ist und an dessen invertierenden Eingang die Basiselektrode angeschlossen ist, wobei an der Versorgungsspannungsquelle ein auf Masse gelegter Spannungsteiler mit einem Teilknoten versehen ist, an den eine Teilspannung anliegt, die kleiner als die Versorgungsspannung ist, und der mit dem nichtinvertierenden Eingang sowie der Kopfelektrode elektrisch gekoppelt ist. Durch das Vorsehen des Spannungsteilers und der Kopplung des Teilknotens mit der
Kopfelektrode und dem nichtinvertierenden Eingang liegt an der Kopfelektrode und an dem nichtinvertierenden Eingang die
Teilspannung an. Dadurch ist in dem Infrarotlichtdetektor von dem Teilknoten eine von der Teilspannung gebildete Referenzspannung bereitgestellt, mit der ein Ausgangssignal des Transimpedanzverstärkers beaufschlagt ist, wodurch es
ermöglicht ist, dass das Ausgangssignal des
Transimpedanzverstärkers direkt an einem herkömmlichen
Schaltkreis zur Signalverarbeitung anliegt, der im Voltage-Mode betrieben wird, ohne dass dabei die Schaltung an den
Infrarotlichtdetektor anzupassen wäre. Somit passen der
Infrarotlichtdetektor und weitere herkömmliche mit dem
Infrarotlichtdetektor geschaltete
Signalverarbeitungsschaltungen Pin-kompatibel zusammen. Dadurch kann der Infrarotlichtdetektor mit seinem
Transimpedanzverstärker und seinem pyroelektrischen Sensorchip zusammen mit herkömmlichen Signalverarbeitungsschaltungen im Voltage-Mode betrieben werden. Ferner hat der erfindungegemäße Infrarotlichtdetektor überraschenderweise eine hohe thermische Stabi lität .
Es ist bevorzugt, dass der Spannungsteiler eine Mehrzahl an in Reihe geschalteten und auf Masse gelegten Teilwiderständen aufweist. Bevozugtermaßen weist der Spannungsteiler zwei der
Teilwiderstände auf, zwischen denen der Teilknoten angesiedelt ist. Dadurch ist der Wert der Teilspannung in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung und in Abhängigkeit des Verhältnisses der Widerstandswerte der Teilwiderstände definiert. Jeder der Teilwiderstände hat bevorzugtermaßen denselben Widerstandswert, wodurch der Wert der Teilspannung halb so groß wie der der Versorgungsspannung ist.
Außerdem ist es bevorzugt, dass der Transimpedanzverstärker einen Gegenkopplungswiderstand aufweist, der zwischen den invertierenden Eingang und einem Ausgang des
Operationsverstärkers gestaltet ist, wobei der
Gegenkopplungswiderstand einen Wert von 100 ΜΩ bis 100 GQ hat. An dem Ausgang des Operationsverstärkers liegt ein
Ausgangssignal des Transimpedanzverstärkers an, das sich als verstärktes Signal ergibt, das an dem invertierenden Eingang bezogen auf den Teilknoten anliegt. Durch das Schalten des Sensorchips und des nichtinvertierenden Eingangs auf den Teilknoten ist das Verstärkungssignal an dem Ausgang des
Operationsverstärkers derart, dass es geeignet ist von
herkömmlichen Signalverarbeitungsschaltungen weiterverarbeitet zu werden.
Es ist außerdem bevorzugt, dass der Transimpedanzverstärker einen Gegenkopplungskondensator aufweist, der parallel zu dem Gegenkopplungswiderstand zwischen den invertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers geschaltet ist, wobei der Gegenkopplungskondensator eine Kapazität von 0,01 pF bis 10 pF, besonders bevorzugt von 0,1 pF bis 1 pF, hat. Der
Infrarotlichtdetektor weist bevorzugt mindestens zwei der
Sensorchips auf, an die jeweils einer der
Transimpedanzverstärker angeschlossen ist, wobei die
Transimpedanzverstärker in Parallelschaltung an die
Versorgungsspannungsquelle und an den Teilknoten angeschlossen sind.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Infrarotlichtdetektors anhand der beigefügten schematischen Zeichnung erläutert. Es zeigt die Figur ein schematisches Schaltbild des Infrarotlichtdetektors.
Wie es aus der Figur ersichtlich ist, weist ein
Infrarotlichtdetektor 1 einen ersten Sensorchip 3 und einen zweiten Sensorchip 4 auf, wobei die Sensorchips 3, 4 jeweils ein pyroelektrisches Schichtelement 5, 8 aufweisen. Auf den Infrarotlichtdetektor 1 einfallendes Licht 2 trifft auf die Sensorchips 3, 4, wobei in den pyroelektrischen
Schichtelementen 5, 8 Ladungen verschoben werden.
Die Sensorchips 3, 4 weisen jeweils eine Basiselektrode 6, 9 und eine Kopfelektrode 7, 10 auf, wobei zwischen der
Basiselektrode 6,9 und der Kopfelektrode 7, 10 jeweils das pyroelektrische Schichtelement 5, 8 angeordnet und abgegriffen ist. Die in den Sensorchips 3, 4 durch das einfallende Licht 2 verschobenen Ladungen ergeben ein Signal, das zu verstärken ist. Die Verstärkung des Signals wird für den ersten Sensorchip 3 mit einem ersten Transimpedanzverstärker 11 und für den zweiten Sensorchip 4 mit einem zweiten Transimpedanzverstärker 12 bewerkstelligt. Zur Versorgung des Infrarotlichtdetektors 1 ist eine
Versorgungsspannungsquelle 13 vorgesehen, die bezogen auf eine Masse 14 eine positive Versorgungsspannung bereitstellt. An die Versorgungsquelle 13 ist ein Spannungsteiler 15 angeschlossen, der von einem ersten Teilwiderstand 16 und einem zweiten
Teilwiderstand 17 gebildet ist, wobei die Teilwiderstände 16, 17 in Reihe und auf die Masse 14 geschaltet sind. Dadurch ergibt sich zwischen dem ersten Teilwiderstand 16 und dem zweiten Teilwiderstand 17 ein Teilknoten 18, an dem bezogen auf die Masse 14 eine Teilspannung anliegt. Der erste
Teilwiderstand 16 und der zweite Teilwiderstand 17 haben jeweils denselben Widerstandswert, so dass die Teilspannung halb so hoch ist wie die Versorgungsspannung.
Die Transimpedanzverstärker 11, 12 weisen jeweils einen
Operationsverstärker 19, 25 auf, der einen nichtinvertierenden
Eingang 20, 26 und einen invertierenden Eingang 21, 27 sowie einen Ausgang 22, 28 hat. Zwischen dem invertierenden Eingang
21, 27 und dem Ausgang 22, 28 sind in Parallelschaltung ein
Gegenkopplungswiderstand 23, 29 und ein
Gegenkopplungskondensator 24, 30 vorgesehen, wobei von dem
Gegenkopplungswiderstand 23, 29, dem Gegenkopplungskondensator
24, 30 und dem Operationsverstärker 19, 24 der
Transimpedanzverstärker 11, 12 gebildet ist. Die Basiselektrode 6, 9 eines jeden Sensorchips 3, 4 ist an den jeweiligen invertierenden Eingang 21, 27 angeschlossen,
wohingegen die Kopfelektrode 7, 10 zusammen mit dem
nichtinvertierenden Eingang 20, 26 an den Teilknoten 18
angeschlossen sind. Die Operationsverstärker 19, 25 sind von der Versorgungsspannungsquelle 13 asymmetrisch betrieben, wobei einer der Versorgungsanschlüsse der Operationsverstärker 19, 25 mit der Versorgungsspannungsquelle 13 und der andere der Versorgungsanschlüsse der Operationsverstärker 19, 25 mit der Masse 14 verbunden sind.
Bevorzugt haben die Gegenkopplungskondensatoren 24, 30 eine Kapazität von 0,01 pF bis 10 pF, besonders bevorzugt von 0,1 pF bis 1 pF. Die elektrische Zeitkonstante ist als iei
=RGegenkopplungswiderstand * Ccegenkoppiungskondensator definiert. Verglichen mit einer herkömmlichen „Source Follow" Schaltung ist die
Zeitkonstante reduziert, bei gleich großen Widerstandswerten um das Verhältnis Cpj_xei ZU Coegenkopplungskondensator ·
Erfindungsgemäß sind die Sensorchips 2, 4 mit den
Transimpedanzverstärkern 11, 12 verschaltet, so dass Pin- Kompatibilität zu einer Ausleseschaltung im herkömmlichen „Source Follow" Mode gegeben ist. Zusätzlich hat der
Infrarotlichtdetektor 1 durch seine erfindungsgemäße
Ausgestaltung eine hohe thermische Stabilität.
Bezugs zeichenliste
1 Infrarotlichtdetektor
2 einfallendes Licht
3 erster Sensorchip
4 zweiter Sensorchip
5, 8 pyroelektrisches Schichtelement
6, 9 Basiselektrode
7, 10 Kopfelektorde
11 erster Transimpedanzverstärker
12 zweiter Transimpedanzverstärker
13 Versorgungsspannungsquelle
14 Masse
15 Spannungsteiler
16 erster Teilwiderstand
17 zweiter Teilwiderstand
18 Teilknoten
19, 25 Operationsverstärker
20, 26 nichtinvertierender Eingang 21, 27 invertierender Eingang
22, 28 Ausgang
23, 29 Gegenkopplungswiderstand
24, 30 Gegenkopplungskondensator

Claims

Patentansprüche
1. Infrarotlichtdetektor mit mindestens einem Sensorchip (3, 4), der ein aus einem pyroelektrisch sensitiven Material hergestelltes Schichtelement (5, 8) sowie eine Basiselektrode (6, 9) und eine Kopfelektrode (7, 10) aufweist, an die das Schichtelement (5, 8) zum Abgreifen von in dem Schichtelement (5, 8) durch deren Bestrahlung mit Licht (2) erzeugten
elektrischen Signalen angeschlossen ist, und einem
Transimpedanzverstärker (11, 12) zum Verstärken der Signale mit einem Operationsverstärker (19, 25), der mit einer
Versorgungsspannungsquelle (13) mit einer positiven
Versorgungsspannung asymmetrisch betrieben sind und an dessen invertierenden Eingang (21, 27) die Basiselektrode (6, 9) angeschlossen ist, wobei an der Versorgungsspannungsquelle (13) ein auf Masse (14) gelegter Spannungsteiler (15) mit einem Teilknoten (18) versehen ist, an dem eine Teilspannung anliegt, die kleiner als die Versorgungsspannung ist, und der mit dem nichtinvertierenden Eingang (20, 26) sowie der Kopfelektrode (7, 10) elektrisch gekoppelt ist.
2. Infrarotlichtdetektor gemäß Anspruch 1, wobei der
Spannungsteiler eine Mehrzahl an in Reihe geschalteten und auf Masse (14) gelegten Teilwiderständen (16, 17) aufweist.
3. Infrarotlichtdetektor gemäß Anspruch 2, wobei der
Spannungsteiler (15) zwei der Teilwiderstände (16, 17)
aufweist, zwischen denen der Teilknoten (18) angesiedelt ist.
4. Infrarotlichtdetektor gemäß Anspruch 3, wobei jeder der Teilwiderstände (16, 17) den selben Widerstandswert hat.
5. Infrarotlichtdetektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Transimpedanzverstärker (11, 12) einen
Gegenkopplungswiderstand (23, 29) aufweist, der zwischen dem invertierenden Eingang (21, 27) und einem Ausgang (22, 28) des Operationsverstärkers (19, 25) geschaltet ist, wobei der Gegenkopplungswiderstand (23, 29) einen Wert von 100 ΜΩ bis 100 GQ hat.
6. Infrarotlichtdetektor gemäß Anspruch 5, wobei der
Transimpedanzverstärker (11, 12) einen
Gegenkopplungskondensator (24, 30) aufweist, der parallel zum Gegenkopplungswiderstand (23, 29) zwischen dem invertierenden Eingang (21, 27) und dem Ausgang (22, 28) des
Operationsverstärkers (19, 25) geschaltet ist, wobei der Gegenkopplungskondensator (24, 30) eine Kapazität von 0,01 pF bis 10 pF, besonders bevorzugt von 0,1 pF bis 1 pF, hat.
7. Infrarotlichtdetektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Infrarotlichtdetektor (1) mindestens zwei der
Sensorchips (3, 4) aufweist, an die jeweils einer der
Transimpedanzverstärker (11, 12) angeschlossen ist, wobei die Transimpedanzverstärker (11, 12) in Parallelschaltung an die Versorgungsspannungsquelle (13) und an den Teilknoten (18) angeschlossen sind.
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