一種tdi紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路的制作方法
【專利摘要】一種TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路，包括穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路、第一偏壓產(chǎn)生電路、第二偏壓產(chǎn)生電路、第三偏壓產(chǎn)生電路和第四偏壓產(chǎn)生電路。該電路首先通過(guò)低噪聲、低溫漂、高精度的穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路產(chǎn)生一個(gè)固定的基準(zhǔn)電壓，然后通過(guò)電阻分壓以及由低噪聲、零漂移的運(yùn)放和外圍電路構(gòu)成的運(yùn)算放大電路產(chǎn)生所需的偏置電壓。與傳統(tǒng)的TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路相比具有高精度、低噪聲、簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)、降低器件漂移影響等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】—種TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高精度偏置電壓產(chǎn)生電路，特別是一種基于TDI紅外探測(cè)器的偏置電壓產(chǎn)生電路。
【背景技術(shù)】
[0002]TDI紅外探測(cè)器屬于第二代掃描型焦平面器件，是一種線陣器件，由于它比其他線陣器件具有更高的靈敏度，更好的非均勻性，因此被廣泛應(yīng)用在軍事偵察和航天遙感領(lǐng)域中。TDI紅外探測(cè)器的偏置電壓具有如下特點(diǎn):1)電壓種類多，通常情況下可以分為固定偏壓和可調(diào)偏壓，固定偏壓值和可調(diào)偏壓值也有很多種；2)對(duì)精度的要求非常高，通常情況下誤差在50mV，個(gè)別電壓要求誤差在5mV ;3)對(duì)噪聲的要求非常高，通常情況下RMS噪聲在ImV以下。針對(duì)這些特點(diǎn)，如何產(chǎn)生高精度的紅外探測(cè)器偏置電壓對(duì)于提高整個(gè)紅外成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量是非常關(guān)鍵的。
[0003]傳統(tǒng)的TDI紅外探測(cè)器偏置電壓產(chǎn)生電路，通常直接使用電壓轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后的電壓作為偏壓產(chǎn)生電路的輸入，并且在偏壓產(chǎn)生電路中沒(méi)有使用低噪聲、零漂移的運(yùn)放，同時(shí)對(duì)于產(chǎn)生大電流的偏置電壓電路設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜。這種處理方式有以下一些不足之處:1)偏壓產(chǎn)生電路的電壓源不夠穩(wěn)定，誤差較大；2)運(yùn)放使用不當(dāng)，器件溫漂過(guò)大，整個(gè)偏壓產(chǎn)生電路受溫度影響較大；3)對(duì)于需要產(chǎn)生大電流的偏置電壓電路設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜，無(wú)法滿足小型化需求。
[0004]因此為了提高整個(gè)紅外成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量，必須針對(duì)TDI紅外探測(cè)器的偏置電壓特點(diǎn)，提出一種新的TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)解決問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于TDI紅外探測(cè)器的偏置電壓產(chǎn)生電路。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:
[0007]一種TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路，包括:穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路、第一偏壓產(chǎn)生電路、第二偏壓產(chǎn)生電路、第三偏壓產(chǎn)生電路和第四偏壓產(chǎn)生電路，穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓并且輸出給四個(gè)偏壓產(chǎn)生電路，四個(gè)偏壓產(chǎn)生電路將所述基準(zhǔn)電壓作為輸入，產(chǎn)生偏置電壓；
[0008]所述的穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路包括電壓基準(zhǔn)芯片201、第一濾波電容Cl、第二濾波電容C2、第三濾波電容C3和第四濾波電容C4，外部輸入電壓輸入到電壓基準(zhǔn)芯片201的輸入正端，輸入負(fù)端接地，同時(shí)，電壓基準(zhǔn)芯片201的輸入正端還通過(guò)并聯(lián)到一起的第一濾波電容Cl和第二濾波電容C2接地，電壓基準(zhǔn)芯片201的輸出信號(hào)即為所述穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路輸出的基準(zhǔn)電壓，且電壓基準(zhǔn)芯片201的輸出端通過(guò)并聯(lián)到一起的第三濾波電容C3和第四濾波電容C4接地。
[0009]所述電壓基準(zhǔn)芯片201輸出的基準(zhǔn)電壓小于該芯片的外部輸入電壓。[0010]所述的第一偏壓產(chǎn)生電路為同向放大電路，包括運(yùn)算放大器202、電阻Rl、R2、R3、R4和電容C5 ;電壓基準(zhǔn)芯片201輸出的基準(zhǔn)電壓輸入到運(yùn)算放大器202的同相輸入端，運(yùn)算放大器202的反向輸入端和輸出端之間并聯(lián)電阻R3和R4，同時(shí)，運(yùn)算放大器202的反向輸入端還通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻Rl和R2接地，運(yùn)算放大器202的輸出端通過(guò)電容C5接地。
[0011]所述的第二偏壓產(chǎn)生電路包括運(yùn)算放大器203、電阻R5、R6、R7、R8、R9、RIO、R11、電容C6和三極管Tl ；電壓基準(zhǔn)芯片201輸出的基準(zhǔn)電壓輸入到運(yùn)算放大器203的同相輸入端，運(yùn)算放大器203的反向輸入端還通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻R5和R6接地，運(yùn)算放大器203的輸出端通過(guò)電阻R9連接到三極管Tl的基極，三極管的集電極連接到外部電源，同時(shí)還通過(guò)電阻RlO連接到基極，發(fā)射極的輸出信號(hào)即為所述第二偏壓產(chǎn)生電路的輸出，發(fā)射極分別通過(guò)電容C6和電阻Rll接地，同時(shí)，發(fā)射極還通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻R7和R8連接到運(yùn)算放大器203的反向輸入端。
[0012]所述的第三偏壓產(chǎn)生電路包括電阻R12、R13、R14、R15、電容C7和運(yùn)算放大器204 ；電壓基準(zhǔn)芯片201輸出的基準(zhǔn)電壓通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻R12和R13輸入到運(yùn)算放大器204的同向輸入端，同時(shí)，運(yùn)算放大器204的同向輸入端還通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻R14和R15接地，運(yùn)算放大器204的反向輸入端與輸出端連接在一起，輸出端還通過(guò)電容C7接地，輸出端的輸出信號(hào)即為所述第三偏壓產(chǎn)生電路的輸出信號(hào)。
[0013]所述的第四偏壓產(chǎn)生電路包括電阻R16、R18、R19、R20、R21、電容C8、運(yùn)算放大器205和可變電阻R17 ；
[0014]電壓基準(zhǔn)芯片201輸出的基準(zhǔn)電壓通過(guò)電阻R16輸入到運(yùn)算放大器205的同向輸入端，同時(shí)運(yùn)算放大器205的同向輸入端還通過(guò)可變電阻R17接地，運(yùn)算放大器205的反向輸入端通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻R20和R21連接到輸出端，同時(shí)，反向輸入端還通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻R18和R19接地，運(yùn)算放大器205的輸出端通過(guò)電容C8接地。
[0015]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0016](I)本實(shí)用新型電路采用了穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路，使用該穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路產(chǎn)生的電壓作為所有偏壓產(chǎn)生電路的輸入，避免引入不必要的誤差；
[0017](2)采用低噪聲、零漂移的運(yùn)放，可以有效減少噪聲以及溫度的變化對(duì)偏置電壓產(chǎn)生的影響；
[0018](3)采用低頻三極管組成的電路，使用簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)達(dá)到了擴(kuò)流的目的，降低了電路的復(fù)雜度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路的原理圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路的原理圖；
[0021]圖3為本實(shí)用新型第一偏壓產(chǎn)生電路的原理圖；
[0022]圖4為本實(shí)用新型第二偏壓產(chǎn)生電路的原理圖；
[0023]圖5為本實(shí)用新型第三偏壓產(chǎn)生電路的原理圖；
[0024]圖6為本實(shí)用新型第四偏壓產(chǎn)生電路的原理圖。
【具體實(shí)施方式】[0025]如圖1所示為本實(shí)用新型TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路的原理圖，包括穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路、第一偏壓產(chǎn)生電路(偏壓產(chǎn)生電路I)、第二偏壓產(chǎn)生電路(偏壓產(chǎn)生電路2 )、第三偏壓產(chǎn)生電路(偏壓產(chǎn)生電路3 )和第四偏壓產(chǎn)生電路(偏壓產(chǎn)生電路4 )。穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路產(chǎn)生一個(gè)固定的基準(zhǔn)電壓 '，偏壓產(chǎn)生電路1、2、3、4使用該基準(zhǔn)電壓Vj作為輸入，產(chǎn)生所需的各種偏置電壓，包括高于基準(zhǔn)電壓的固定偏壓、高于基準(zhǔn)電壓的大電流固定偏壓、低于基準(zhǔn)電壓的固定偏壓、可調(diào)的偏壓。
[0026]如圖2所示，穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路包括電壓基準(zhǔn)芯片201、濾波電容C1、C2、C3和C4，外部輸入電壓輸入到電壓基準(zhǔn)芯片201的輸入正端，輸入負(fù)端接地，同時(shí)，電壓基準(zhǔn)芯片201的輸入正端還通過(guò)并聯(lián)到一起的第一濾波電容Cl和第二濾波電容C2接地，電壓基準(zhǔn)芯片201的輸出信號(hào)即為所述穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路輸出的基準(zhǔn)電壓，且電壓基準(zhǔn)芯片201的輸出端通過(guò)并聯(lián)到一起的第三濾波電容C3和第四濾波電容C4接地。電容的作用為濾除輸入和輸出電壓的電路噪聲，這里電壓基準(zhǔn)芯片的選取是由固定的基準(zhǔn)電壓'決定的，電壓基準(zhǔn)芯片201輸出的基準(zhǔn)電壓 ' 小于該芯片的外部輸入電壓，且該基準(zhǔn)電壓通常會(huì)介于所需偏置電壓最大值和最小值之間。本實(shí)用新型中電壓基準(zhǔn)芯片201采用型號(hào)AD580的芯片。
[0027]如圖3所示，偏壓產(chǎn)生電路I可以產(chǎn)生高于基準(zhǔn)電壓的固定偏壓。偏壓產(chǎn)生電路I為同向放大電路，包括運(yùn)算放大器202、電阻Rl、R2、R3、R4和電容C5 ;電阻Rl、R2、R3和R4構(gòu)成了同向放大電路的反饋網(wǎng)絡(luò)。電壓基準(zhǔn)芯片201輸出的基準(zhǔn)電壓輸入到運(yùn)算放大器202的同相輸入端，運(yùn)算放大器202的反向輸入端和輸出端之間并聯(lián)電阻R3和R4，同時(shí)，運(yùn)算放大器202的反向輸入端還通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻Rl和R2接地，運(yùn)算放大器202的輸出端通過(guò)電容C5接地。
[0028]電阻R2和R4分別并聯(lián)在Rl和R3的兩端用來(lái)提高電壓調(diào)節(jié)的精度，該電路輸出的偏置電圧? =6χ(ι+^|^)，其中，11代表并聯(lián)。
[0029]如圖4所示，偏壓產(chǎn)生電路2由同向放大電路和擴(kuò)流電路組成，可以產(chǎn)生高于基準(zhǔn)電壓的大電流固定偏壓，偏壓產(chǎn)生電路2包括運(yùn)算放大器203、電阻R5、R6、R7、R8、R9、RlO、1?11、電容〇6和三極管Tl。`
[0030]同向放大電路中運(yùn)算放大器203的同相輸入端即基準(zhǔn)電壓，電阻R5、R6、R7和R8構(gòu)成了同向放大電路的反饋網(wǎng)絡(luò)，其中電阻R5連接在反向輸入端和電路地之間，反饋電阻R7連接在反向輸入端和偏壓輸出端之間，電阻R6和R8分別并聯(lián)在R5和R7的兩端，用來(lái)提高電壓調(diào)節(jié)的精度，擴(kuò)流電路中三極管Tl的發(fā)射極即偏壓輸出Vffi，三極管Tl的集電極需要外部提供一個(gè)電壓\，并通過(guò)電阻RlO連接到了基極，電阻R9連接在運(yùn)算放大器203和三極管Tl的基極之間，電阻Rll連接在發(fā)射極和電路地之間。由于三極管的基極和射極之間存在0.7V左右的壓降，所以給三極管的集電極電源％需要滿足VJVm+0.7V，以保證三極管基極電壓VB為VQ2+0.7V左右，從而能產(chǎn)生Vq2的偏置電壓輸出，該電路輸出的偏置電壓
l\o = I''/ --)。
i?5||i?6
[0031]如圖5所示，偏壓產(chǎn)生電路3是由電阻分壓電路和電壓跟隨電路組成，包括電阻R12、R13、R14、R15、電容C7和運(yùn)算放大器204，可以產(chǎn)生低于基準(zhǔn)電壓的固定偏壓。
[0032]其中電阻分壓電路由電阻R12、R13、R14和R15構(gòu)成，分壓電阻Rl2連接在電阻分壓電路的輸出端Vri和基準(zhǔn)電壓V1之間，分壓電阻R13連接在電阻分壓電路的輸出端Vri和電路地之間，電阻R14和R15分別并聯(lián)在R12和R13的兩端，用來(lái)提高電阻分壓電路的精度，電壓跟隨電路是由一個(gè)運(yùn)算放大器204構(gòu)成，204的同相輸入端即電阻分壓電路的輸出端Vki，反相輸入端與輸出端相連，濾波電容C7的兩端分別連接偏壓輸出Va3和電路地，該電
【權(quán)利要求】
1.一種TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路，其特征在于包括:穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路、第一偏壓產(chǎn)生電路、第二偏壓產(chǎn)生電路、第三偏壓產(chǎn)生電路和第四偏壓產(chǎn)生電路，穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓并且輸出給四個(gè)偏壓產(chǎn)生電路，四個(gè)偏壓產(chǎn)生電路將所述基準(zhǔn)電壓作為輸入，產(chǎn)生偏置電壓； 所述的穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路包括電壓基準(zhǔn)芯片201、第一濾波電容Cl、第二濾波電容C2、第三濾波電容C3和第四濾波電容C4,外部輸入電壓輸入到電壓基準(zhǔn)芯片201的輸入正端,輸入負(fù)端接地，同時(shí)，電壓基準(zhǔn)芯片201的輸入正端還通過(guò)并聯(lián)到一起的第一濾波電容Cl和第二濾波電容C2接地，電壓基準(zhǔn)芯片201的輸出信號(hào)即為所述穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路輸出的基準(zhǔn)電壓，且電壓基準(zhǔn)芯片201的輸出端通過(guò)并聯(lián)到一起的第三濾波電容C3和第四濾波電容C4接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路，其特征在于:所述電壓基準(zhǔn)芯片201輸出的基準(zhǔn)電壓小于該芯片的外部輸入電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路，其特征在于:所述的第一偏壓產(chǎn)生電路為同向放大電路，包括運(yùn)算放大器202、電阻Rl、R2、R3、R4和電容C5 ;電壓基準(zhǔn)芯片201輸出的基準(zhǔn)電壓輸入到運(yùn)算放大器202的同相輸入端，運(yùn)算放大器202的反向輸入端和輸出端之間并聯(lián)電阻R3和R4，同時(shí)，運(yùn)算放大器202的反向輸入端還通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻Rl和R2接地，運(yùn)算放大器202的輸出端通過(guò)電容C5接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路，其特征在于:所述的第二偏壓產(chǎn)生電路包括運(yùn)算放大器203、電阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、電容C6和三極管Tl ;電壓基準(zhǔn)芯片201輸出的基準(zhǔn)電壓輸入到運(yùn)算放大器203的同相輸入端，運(yùn)算放大器203的反向輸入端還通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻R5和R6接地，運(yùn)算放大器203的輸出端通過(guò)電阻R9連接到三極管Tl的基極，三極管的集電極連接到外部電源，同時(shí)還通過(guò)電阻RlO連接到基極，發(fā)射極的輸出信號(hào)即為所述第二偏壓產(chǎn)生電路的輸出，發(fā)射極分別通過(guò)電容C6和電阻Rll接地，同時(shí)，發(fā)射極還通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻R7和R8連接到運(yùn)算放大器203的反向輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路，其特征在于:所述的第三偏壓產(chǎn)生電路包括電阻R12、R13、R14、R15、電容C7和運(yùn)算放大器204 ；電壓基準(zhǔn)芯片201輸出的基準(zhǔn)電壓通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻R12和R13輸入到運(yùn)算放大器204的同向輸入端，同時(shí)，運(yùn)算放大器204的同向輸入端還通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻R14和R15接地，運(yùn)算放大器204的反向輸入端與輸出端連接在一起，輸出端還通過(guò)電容C7接地，輸出端的輸出信號(hào)即為所述第三偏壓產(chǎn)生電路的輸出信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TDI紅外探測(cè)器高精度偏置電壓產(chǎn)生電路，其特征在于:所述的第四偏壓產(chǎn)生電路包括電阻R16、R18、R19、R20、R21、電容C8、運(yùn)算放大器205和可變電阻R17 ； 電壓基準(zhǔn)芯片201輸出的基準(zhǔn)電壓通過(guò)電阻R16輸入到運(yùn)算放大器205的同向輸入端，同時(shí)運(yùn)算放大器205的同向輸入端還通過(guò)可變電阻R17接地，運(yùn)算放大器205的反向輸入端通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻R20和R21連接到輸出端，同時(shí)，反向輸入端還通過(guò)并聯(lián)到一起的電阻R18和R19接地，運(yùn)算放大器205的輸出端通過(guò)電容C8接地。
【文檔編號(hào)】G01J5/02GK203443671SQ201320481981
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】王旭, 王 華, 樊奔, 魏志勇 申請(qǐng)人:北京空間機(jī)電研究所