一種非制冷紅外探測器的偏置電壓產生電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例公開了提供了一種非制冷紅外探測器的偏置電壓產生電路，包括：同相比例運算放大電路10；數字電位器30，作為同相比例運算放大電路10的反饋電阻；數字控制信號產生電路40，產生數字控制信號以調節(jié)數字電位器30的阻值；參考電壓源電路20，為同相比例運算放大電路10提供參考電壓；同相比例運算放大電路10根據參考電壓產生偏置電壓。本發(fā)明實施例的電路噪聲低，結構簡單，無需改變偏壓電路硬件設備即可為非制冷紅外探測器提供可調偏置電壓，可以更方便、更靈活地應用在非制冷紅外探測器中。
【專利說明】—種非制冷紅外探測器的偏置電壓產生電路
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及非制冷紅外探測器【技術領域】，尤其是涉及一種非制冷紅外探測器的偏置電壓產生電路。
[0003]
【背景技術】
[0004]目前，非制冷紅外探測器以其低成本，無須制冷機易于實現小型化的優(yōu)點在我國軍事和民事領域已經得到了廣泛的應用。非制冷紅外探測器也存在靈敏度低、偏壓種類多、對驅動電路噪聲敏感等不足。在非制冷紅外探測器機芯電路的設計中，尤其要重視偏壓電路的設計，其性能直接決定探測器輸出信號的質量，進而影響成像性能。
[0005]為了滿足非制冷紅外探測器對偏壓的要求，常見的偏壓電路設計方法均通過電阻對參考源分壓再經過超低噪聲濾波放大設備跟隨得到探測器偏壓。該方法盡管能獲得較高的偏壓性能，但存在以下缺點:(1)需要根據不同探測器選擇不同阻值的分壓電阻，有時甚至需要不斷更換電阻來滿足探測器對偏壓的苛刻要求，這給調試帶來了極大的不便。(2)探測器偏壓無法實時調整，從而帶來電路設計復雜、調整偏置電壓幅值麻煩等不便，不利于實現紅外探測器驅動電路小型化和智能化的需求。
[0006]
【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明的目的之一是提供一種結構簡單、控制方便、具有非常低噪聲的非制冷紅外探測器的偏置電壓產生電路。
[0008]本發(fā)明公開的技術方案包括:
提供了一種非制冷紅外探測器的偏置電壓產生電路，其特征在于，包括:同相比例運算放大電路10 ;數字電位器30，所述數字電位器30連接到所述同相比例運算放大電路10，作為所述同相比例運算放大電路10的反饋電阻；數字控制信號產生電路40，所述數字控制信號產生電路40連接到所述數字電位器30，所述數字控制信號產生電路40產生數字控制信號以調節(jié)所述數字電位器30的阻值；參考電壓源電路20，所述參考電壓源電路20連接到所述同相比例運算放大電路10，并為所述同相比例運算放大電路10提供參考電壓；其中所述同相比例運算放大電路10根據所述參考電壓產生偏置電壓。
[0009]本發(fā)明的一個實施例中，還包括超低噪聲濾波放大電路50，所述超低噪聲濾波放大電路50連接到所述同相比例運算放大電路10的輸出端，并對所述同相比例運算放大電路10產生的所述偏置電壓進行濾波和放大。
[0010]本發(fā)明的一個實施例中，所述同相比例運算放大電路10包括第一運算放大器11、第一電阻R1、第二電阻R2和第三電阻R3，其中:所述第一運算放大器11的反相輸入端通過所述第一電阻Rl接地，并通過所述數字電位器30連接到所述第一運算放大器11的輸出端；所述第一運算放大器11的同相輸入端通過所述第二電阻R2連接到所述參考電壓源電路20，并通過所述第三電阻R3接地。
[0011]本發(fā)明的一個實施例中，所述參考電壓源電路20包括低噪聲基準源21和RC低通濾波電路，所述RC低通濾波電路連接到所述低噪聲基準源21的輸出端。
[0012]本發(fā)明的一個實施例中，所述RC低通濾波電路包括第四電阻R4、第五電阻R5、第一電容Cl和第二電容C2，其中:所述第四電阻R4的一端連接到所述低噪聲基準源21的輸出端，另一端連接到所述第五電阻R5的一端并且通過所述第一電容Cl接地；所述第五電阻R5的另一端連接到所述參考電壓源電路20的輸出端并且通過所述第二電容C2接地。
[0013]本發(fā)明的一個實施例中，所述超低噪聲濾波放大電路50包括第二運算放大器51、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第三電容C3和第四電容C4，其中:所述第二運算放大器51的同相輸入端通過所述第四電容C4接地、通過所述第七電阻R7和所述第三電容C3連接到所述第二運算放大器51的輸出端、以及通過所述第七電阻R7和所述第六電阻R6連接到所述超低噪聲濾波放大電路50的輸入端；所述第二運算放大器51的反相輸入端通過所述第八電阻R8接地并通過所述第九電阻R9連接到所述第二運算放大器51的輸出端。
[0014]本發(fā)明實施例的電路噪聲低，結構簡單，無需改變偏壓電路硬件設備即可為非制冷紅外探測器提供可調偏置電壓，可以更方便、更靈活地應用在非制冷紅外探測器中。
[0015]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明一個實施例的非制冷紅外探測器的偏置電壓產生電路的結構框圖示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明一個實施例的同相比例運算放大電路的結構示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明一個實施例的參考電壓源電路的結構示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明一個實施例的超低噪聲濾波放大電路的結構示意圖。
[0020]
【具體實施方式】
[0021]下面將結合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例的非制冷紅外探測器的偏置電壓產生電路的具體結構。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明的一個實施例中，一種非制冷紅外探測器的偏置電壓產生電路包括同相比例運算放大電路10、參考電壓源電路20、數字電位器30和數字控制信號產生電路40。此外，本發(fā)明的一個實施例中，該非制冷紅外探測器的偏置電壓產生電路還包括超低噪聲濾波放大電路50。
[0023]數字電位器30連接到同相比例運算放大電路10，作為同相比例運算放大電路10的反饋電阻(下文詳述)。數字控制信號產生電路40連接到數字電位器30。該數字控制信號產生電路40產生數字控制信號以調節(jié)數字電位器30的阻值。
[0024]例如，本發(fā)明的一個實施例中，該數字電位器30可以為ADN2850，數字控制信號產生電路40產生的數字控制信號精確調節(jié)該數字電位器30的阻值。ADN2850的分辨率為十位，即1024階，滿量程電阻為25k Ω，則調節(jié)精度為24.4Ω。由于電位器初始O階的阻值為50 Ω，因此輸入的十進制數D與輸出間的阻值為:
R2850=25 XD/1024+0.05，
其中R285tl指本實施例中數字電位器30的阻值。
[0025]本發(fā)明的一個實施例中，數字控制信號產生電路40可以由FPGA或者其他適合的邏輯器件實現，并通過適合的數據鏈路(例如，I2C總線)與數字電位器30通信并配置該數字電位器30。
[0026]參考電壓源電路20連接到同相比例運算放大電路10，并為同相比例運算放大電路10提供參考電壓。同相比例運算放大電路10根據該參考電壓產生偏置電壓。
[0027]本發(fā)明的一個實施例中，超低噪聲濾波放大電路5 )連接到同相比例運算放大電路10的輸出端，并對同相比例運算放大電路10產生的偏置電壓進行濾波和放大，從而獲得最終的偏置電壓Vbias。
[0028]圖2為本發(fā)明一個實施例的同相比例運算放大電路10的結構示意圖。
[0029]如圖2所示，本發(fā)明一個實施例中，同相比例運算放大電路10包括第一運算放大器11、第一電阻R1、第二電阻R2和第三電阻R3。
[0030]第一運算放大器11的反相輸入端通過第一電阻Rl接地，并通過數字電位器30連接到第一運算放大器11的輸出端。
[0031]第一運算放大器11的同相輸入端通過第二電阻R2連接到參考電壓源電路20，并通過第三電阻R3接地。
[0032]例如，本發(fā)明的一個實施例中，第一運算放大器11可以為低噪聲運算放大器AD8606，AD8606是高精度低噪聲放大器，最大電壓漂移為65 μ V，噪聲小于8nV/Hz_1/2。如圖2所示，圖中輸出V。與ADN2850阻值間的關系為:
V0=VrefX (V (R2+R3)) X (1+R漏/R1)。
[0033]圖3為本發(fā)明一個實施例的參考電壓源電路20的結構示意圖。
[0034]如圖3所示，本發(fā)明一個實施例中，參考電壓源電路20包括低噪聲基準源21和RC低通濾波電路，RC低通濾波電路連接到低噪聲基準源21的輸出端，以濾除低噪聲基準源21產生的參考電壓中的高頻噪聲。
[0035]本發(fā)明的一個實施例中，如圖3所示，該RC低通濾波電路可以包括第四電阻R4、第五電阻R5、第一電容Cl和第二電容C2。其中第四電阻R4的一端連接到低噪聲基準源21的輸出端，另一端連接到第五電阻R5的一端并且通過第一電容Cl接地；第五電阻R5的另一端連接到參考電壓源電路20的輸出端并且通過第二電容C2接地。
[0036]本實施例中，第四電阻R4、第五電阻R5、第一電容Cl和第二電容C2構成了 RC 二階低通濾波電路。
[0037]本發(fā)明的一個實施例中，低噪聲基準源21可以為低噪聲基準源ADR420，其輸出電壓為 2.048V。并且 R4=R5=6 M Ω，Cl=C2=10nF。
[0038]圖4為本發(fā)明一個實施例的超低噪聲濾波放大電路的結構示意圖。
[0039]如圖4所示，本發(fā)明的一個實施例中，超低噪聲濾波放大電路50包括第二運算放大器51、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第三電容C3和第四電容C4。
[0040]第二運算放大器51的同相輸入端通過第四電容C4接地、通過第七電阻R7和第三電容C3連接到第二運算放大器51的輸出端、以及通過第七電阻R7和第六電阻R6連接到超低噪聲濾波放大電路50的輸入端。
[0041]第二運算放大器51的反相輸入端通過第八電阻R8接地并通過第九電阻R9連接到第二運算放大器51的輸出端。
[0042]本實施例中，該超低噪聲濾波放大電路50采用了二階壓控電壓源低通濾波器，消除了高頻噪聲對偏置電壓的影響。此外，在電路中引入一個正反饋，將第一級的濾波電容接到第二運算放大器51的輸出端，這改善了其在特征角頻率ω0附近的幅頻特性。
[0043]本發(fā)明實施例的電路噪聲低，結構簡單，無需改變偏壓電路硬件設備即可為非制冷紅外探測器提供可調偏置電壓，可以更方便、更靈活地應用在非制冷紅外探測器中。
[0044]以上通過具體的實施例對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不限于這些具體的實施例。本領域技術人員應該明白，還可以對本發(fā)明做各種修改、等同替換、變化等等，這些變換只要未背離本發(fā)明的精神，都應在本發(fā)明的保護范圍之內。此外，以上多處所述的“一個實施例”表示不同的實施例，當然也可以將其全部或部分結合在一個實施例中。
【權利要求】
1.一種非制冷紅外探測器的偏置電壓產生電路，其特征在于，包括: 同相比例運算放大電路(10); 數字電位器(30)，所述數字電位器(30)連接到所述同相比例運算放大電路(10)，作為所述同相比例運算放大電路(10)的反饋電阻； 數字控制信號產生電路(40)，所述數字控制信號產生電路(40)連接到所述數字電位器(30)，所述數字控制信號產生電路(40)產生數字控制信號以調節(jié)所述數字電位器(30)的阻值； 參考電壓源電路(20)，所述參考電壓源電路(20)連接到所述同相比例運算放大電路(10)，并為所述同相比例運算放大電路(10)提供參考電壓； 其中所述同相比例運算放大電路(10 )根據所述參考電壓產生偏置電壓。
2.如權利要求1所述的電路，其特征在于:還包括超低噪聲濾波放大電路(50)，所述超低噪聲濾波放大電路(50)連接到所述同相比例運算放大電路(10)的輸出端，并對所述同相比例運算放大電路(10)產生的所述偏置電壓進行濾波和放大。
3.如權利要求1或者2所述的電路，其特征在于，所述同相比例運算放大電路(10)包括第一運算放大器(11)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)和第三電阻(R3)，其中: 所述第一運算放大器(11)的反相輸入端通過所述第一電阻(Rl)接地，并通過所述數字電位器(30)連接到所述第一運算放大器(11)的輸出端； 所述第一運算放大器(11)的同相輸入端通過所述第二電阻(R2 )連接到所述參考電壓源電路(20 )，并通過所述第三電阻(R3 )接地。
4.如權利要求1至3中任意一項所述的電路，其特征在于，所述參考電壓源電路(20)包括低噪聲基準源(21)和RC低通濾波電路，所述RC低通濾波電路連接到所述低噪聲基準源(21)的輸出端。
5.如權利要求4所述的電路，其特征在于，所述RC低通濾波電路包括第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第一電容(Cl)和第二電容(C2)，其中: 所述第四電阻(R4)的一端連接到所述低噪聲基準源(21)的輸出端，另一端連接到所述第五電阻(R5)的一端并且通過所述第一電容(Cl)接地； 所述第五電阻(R5)的另一端連接到所述參考電壓源電路(20)的輸出端并且通過所述第二電容(C2)接地。
6.如權利要求2所述的電路，其特征在于，所述超低噪聲濾波放大電路(50)包括第二運算放大器(51)、第六電阻(R6)、第七電阻(R7)、第八電阻(R8)、第九電阻(R9)、第三電容(C3)和第四電容(C4)，其中: 所述第二運算放大器(51)的同相輸入端通過所述第四電容(C4)接地、通過所述第七電阻(R7)和所述第三電容(C3)連接到所述第二運算放大器(51)的輸出端、以及通過所述第七電阻(R7)和所述第六電阻(R6)連接到所述超低噪聲濾波放大電路(50)的輸入端； 所述第二運算放大器(51)的反相輸入端通過所述第八電阻(R8)接地并通過所述第九電阻(R9)連接到所述第二運算放大器(51)的輸出端。
【文檔編號】G01J5/02GK104266760SQ201410475438
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權日:2014年9月18日
【發(fā)明者】呂堅, 吳傳福, 魏林海, 呂靜, 周云 申請人:電子科技大學