【摘要】：作為紅外成像技術(shù)的一部分,隨著紅外成像技術(shù)的發(fā)展,非制冷紅外成像技術(shù)也快速的發(fā)展。由于非制冷紅外成像系統(tǒng)有著許多制冷型不能實(shí)現(xiàn)的功能特性,在各行各業(yè)獲得了廣泛的需求。然而,非制冷探測(cè)器在噪聲等效溫差和響應(yīng)時(shí)間等性能方面遠(yuǎn)不如制冷型紅外探測(cè)器。為了提高非制冷紅外成像系統(tǒng)的整機(jī)性能,本文從硬件電路的角度出發(fā),研究和設(shè)計(jì)低噪聲成像電路,以使探測(cè)器發(fā)揮出其最佳性能為目的。本文從探測(cè)器偏置電壓、探測(cè)器數(shù)字時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)、探測(cè)器模擬輸出等方面說明了設(shè)計(jì)低噪聲成像電路的重要性。作為紅外成像系統(tǒng)電子學(xué)部分,成像電路包括了電源模塊、偏置電壓模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、FPGA時(shí)序驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和TEC溫控模塊。電源模塊采用了噪聲較低的LDO電源管理芯片;偏置電壓模塊采用基準(zhǔn)電壓源和運(yùn)算放大器的組合;AD轉(zhuǎn)換模塊采用了14位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9240;時(shí)序驅(qū)動(dòng)模塊由Cyclone IV FPGA實(shí)現(xiàn);數(shù)據(jù)采集模塊由FPGA配合USB2.0控制芯片實(shí)現(xiàn)了基于USB2.0的數(shù)據(jù)傳輸和采集;TEC溫控電路以單片TEC控制芯片為核心。完成了FPGA中探測(cè)器時(shí)序驅(qū)動(dòng)和USB數(shù)據(jù)采集的邏輯開發(fā)。在電路中的關(guān)鍵位置設(shè)計(jì)了低通濾波電路,濾除高頻噪聲;對(duì)電路板中噪聲做了一定的分析,在PCB設(shè)計(jì)中考慮到了噪聲的控制。成像電路設(shè)計(jì)為三塊電路板,實(shí)現(xiàn)了電路的小型化。另外,電路設(shè)計(jì)考慮到了成本控制。最后,通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。
[Abstract]:As a part of infrared imaging technology, with the development of infrared imaging technology, uncooled infrared imaging technology is also developing rapidly. Because the uncooled infrared imaging system has many functional characteristics which can not be realized by refrigerating type, it has obtained a wide range of requirements in various industries. However, the performance of uncooled detector is much worse than that of refrigerated infrared detector in noise equivalent temperature difference and response time. In order to improve the performance of uncooled infrared imaging system, this paper studies and designs the low noise imaging circuit from the point of view of hardware circuit, in order to make the detector give full play to its best performance. In this paper, the importance of designing low noise imaging circuit is explained from the aspects of detector bias voltage, detector digital timing driving signal, detector analog output and so on. As the electronic part of infrared imaging system, the imaging circuit includes power supply module, bias voltage module, AD conversion module, FPGA timing drive module, data acquisition module and TEC temperature control module. The power module adopts LDO power management chip with low noise; the bias voltage module adopts the combination of reference voltage source and operational amplifier; the AD conversion module adopts 14-bit analog-to-digital conversion chip AD9240; timing drive module realized by Cyclone IV FPGA; the data acquisition module realizes data transmission and acquisition based on USB2.0 by FPGA and USB2.0 control chip; and the TEC temperature control circuit is based on a single TEC control chip. The logic development of detector timing drive and USB data acquisition in FPGA is completed. In the key position of the circuit, a low-pass filter circuit is designed to filter out the high frequency noise, and the noise in the circuit board is analyzed, and the noise control is taken into account in the PCB design. The imaging circuit is designed as three circuit boards, which realizes the miniaturization of the circuit. In addition, the circuit design takes into account cost control. Finally, the feasibility of the design is verified by simulation and experiment.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN215

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