一种红外探测多步积分电路制造技术

本发明专利技术提出了一种红外探测多步积分电路，包括积分器和多步积分控制模块两个部分，所述积分器为模拟电路构成，所述多步积分控制模块为数字电路构成，积分器和多步积分控制模块之间通过4条信号通路相连，分别用于逻辑控制、时序控制、预积分电压以及传感器信号积分电压的传输。本发明专利技术能在高动态场景下实现对红外探测器的信号抓取能力的动态调节，并以此提高红外热图像的质量。热图像的质量。热图像的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种红外探测多步积分电路


[0001]本专利技术涉及红外探测领域，具体涉及一种用于红外热成像信号读出电路的红外探测多步积分电路。

技术介绍

[0002]红外热成像是一种基于被动式光电成像技术，其利用目标各部分热辐射差异获得图像的细节，把红外辐射信号转换为可视化热图像。红外热成像仪采用非制冷型光学系统、光敏元件及光学窗口等部件构成，其中光学系统的作用是将接收到的红外热量传递给电子线路中的光电二极管，使之变成电流并产生一定的电压脉冲，再经信号调理后进入积分电路，最终转变为与温度相对应的电信号。积分电路的参数决定着红外热成像的效果，在高动态场景下，积分时间被极大地限制着，因此，采用定值积分电容将导致对高动态场景辐射信号抓取能力不足或过强的问题，造成热图像的失真。
[0003]目前针对红外信号读出电路积分器的控制方式主要有积分时间控制和积分电容控制两种，前者虽被广泛采用，但其不适用于高动态场景，后者则有耗时、成本高、调节难度大等缺点，使得高动态场景下红外探测依然存在性能瓶颈。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种红外探测多步积分电路，以此解决高动态场景辐射信号抓取能力不足或过强的问题。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种红外探测多步积分电路，包括积分器和多步积分控制模块两个部分，所述积分器为模拟电路构成，所述多步积分控制模块为数字电路构成，积分器和多步积分控制模块之间通过4条信号通路相连，分别用于逻辑控制、时序控制、预积分电压V
int
以及传感器信号积分电压V
out
的传输；
[0006]积分器在多步积分控制模块输出时序控制信号的驱动下，对输入的传感器电流信号进行预积分，获得预积分电压V
int
同步传输至多步积分控制模块；多步积分控制模块根据预积分电压V
int
产生逻辑控制信号，通过控制积分器内部模拟开关，实现积分电容的自适应调节；在积分电容配置完成后，积分器对传感器电流信号进行正式积分，并将获得的积分电压V
out
通过采样保持器与ADC模块转换为数字信号存至输出寄存器。
[0007]进一步的，所述积分器由运算放大器A1、积分电容C1、积分电容C2、预积分电容C
int
和模拟开关S0～S5组成，所述模拟开关皆通过MOS管实现，预积分电容C
int
与模拟开关S5串联后跨接至运算放大器A1的输出端和反向输入端，其中模拟开关S5为单刀双掷开关，其触点1和触点2分别接运算放大器A1的反向输入端和输出端，预积分电容C
int
分别接运算放大器A1的反向输入端和模拟开关S5的远触电侧；积分电容C1、模拟开关S2、积分电容C2串联后跨接至运算放大器A1的输出端和反向输入端，其中模拟开关S2为双刀双掷开关，触点1接V
com
、触点3接模拟开关S3，积分电容C1分别接运算放大器A1的反向输入端和模拟开关S2的2刀，积分电容C2分别接运算放大器A1的输出端和模拟开关S2的触点2；S0为单刀单掷开关，其两端分
别接运算放大器A1的输出端和反向输入端；模拟开关S1为单刀单掷开关，其两端分别接到运算放大器A1的反向输入端和模拟开关S2的1刀；模拟开关S3为单刀单掷开关，其两端分别接模拟开关S2的触点3和运算放大器A1的输出端；模拟开关S4为单刀单掷开关，串接在模拟开关S3的触点和模拟开关S5的触点2之间；
[0008]所述积分器的输入信号包括：逻辑控制信号、时序控制信号和传感器电流信号，输出信号包括：预积分电压V
int
和积分电压V
out
，所述积分器的原理为：由积分电容C1、C2组成多级可调积分电容跨接到运算放大器的输出端和反相输入端构成积分电路，模拟开关用于控制积分电容值调节、积分电容清零、以及电路时序控制信号的执行。
[0009]进一步的，所述多步积分控制模块包括比较器、编码器、组合逻辑电路、采样保持器、ADC、寄存器和多步积分时序控制器七个部分，多部积分时序控制器通过输出信号线与组合逻辑电路、编码器、比较器、采样保持器相连；采样保持器通过输出信号线与ADC相连；ADC通过输出信号线与寄存器相连；比较器通过输出信号线与编码器相连；编码器通过输出信号线与组合逻辑电路相连；
[0010]所述多步积分控制模块的输入信号包括：预积分电压V
int
和积分电压V
out
，输出信号包括：逻辑控制信号和时序控制信号，所述多步积分控制模块的原理为：在多步积分时序控制器的驱动控制下，比较器将预积分电压V
int
信号与设置的阈值电压进行比较并将结果暂存，在对预积分电压V
int
的分级比较完成后，将比较结果通过编码器进行控制字编码，获得的控制字输入组合逻辑电路，映射得到逻辑控制信号并输出，在逻辑控制信号与时序控制信号的作用下，积分器完成积分电容的自适应调节，然后对传感器电流信号进行正式积分，在固定的积分时间到达后，采样保持器对积分电压V
out
进行采样与保持，ADC将采样保持器中锁定的积分电压转换为数字信号并存入寄存器。
[0011]进一步的，在预积分阶段，将预积分电容C
int
跨接至运算放大器A1两端，断开积分电容C1、C2，并保持C1、C2两端电压清零，传感器电流信号在预积分电容C
int
上的积分电压V
out
实时输入到多步积分控制模块内的比较器，在预积分过程中通过比较器将积分电压V
out
与阈值电压进行3次比较，每次比较器输出一位二进制，积分电压小于阈值电压时用0表示，因此电压比较的结果：“000”、“001”、“011”、“111”，将该结果通过编码器映射为控制字，所述控制字用两位二进制表示上述4种输出结果，且依次表示为“00”、“01”、“10”、“11”，组合逻辑电路根据控制字映射逻辑控制信号，进而通过逻辑控制信号控制模拟开关实现积分电容C1和积分电容C2的动态组合，通过控制字调节积分电容的具体过程为：通过控制字调节积分电容的具体过程为：当控制字为“00”时，组合逻辑电路控制积分电容C1、C2串联；当控制字为“01”时，组合逻辑电路控制仅接入积分电容C1；当控制字为“10”时，组合逻辑电路控制仅接入积分电容C2；当控制字为“11”时，组合逻辑电路控制积分电容C1、C2并联；
[0012]至此预积分阶段结束，断开并清零预积分电容C
int
，接入积分电容C1、C2的动态组合以对传感器电流信号进行积分，通过采样保持器和ADC将积分器获得的高质量红外图像电压信号转为数字信号，并存入寄存器等待输出。
[0013]进一步的，设积分电容C1、C2分别为0.1uf和0.2uf，则获得4种不同的积分电容值：串联C1和C2、仅接C1、仅接C2、并联C1和C2，预积分电容C
int
介于较小的两个积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外探测多步积分电路，其特征在于，包括积分器和多步积分控制模块两个部分，所述积分器为模拟电路构成，所述多步积分控制模块为数字电路构成，积分器和多步积分控制模块之间通过4条信号通路相连，分别用于逻辑控制、时序控制、预积分电压V
int
以及传感器信号积分电压V
out
的传输；积分器在多步积分控制模块输出时序控制信号的驱动下，对输入的传感器电流信号进行预积分，获得预积分电压V
int
同步传输至多步积分控制模块；多步积分控制模块根据预积分电压V
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产生逻辑控制信号，通过控制积分器内部模拟开关，实现积分电容的自适应调节；在积分电容配置完成后，积分器对传感器电流信号进行正式积分，并将获得的积分电压V
out
通过采样保持器与ADC模块转换为数字信号存至输出寄存器。2.根据权利要求1所述的红外探测多步积分电路，其特征在于，所述积分器由运算放大器A1、积分电容C1、积分电容C2、预积分电容C
int
和模拟开关S0～S5组成，所述模拟开关皆通过MOS管实现，预积分电容C
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与模拟开关S5串联后跨接至运算放大器A1的输出端和反向输入端，其中模拟开关S5为单刀双掷开关，其触点1和触点2分别接运算放大器A1的反向输入端和输出端，预积分电容C
int
分别接运算放大器A1的反向输入端和模拟开关S5的远触电侧；积分电容C1、模拟开关S2、积分电容C2串联后跨接至运算放大器A1的输出端和反向输入端，其中模拟开关S2为双刀双掷开关，触点1接V
com
、触点3接模拟开关S3，积分电容C1分别接运算放大器A1的反向输入端和模拟开关S2的2刀，积分电容C2分别接运算放大器A1的输出端和模拟开关S2的触点2；S0为单刀单掷开关，其两端分别接运算放大器A1的输出端和反向输入端；模拟开关S1为单刀单掷开关，其两端分别接到运算放大器A1的反向输入端和模拟开关S2的1刀；模拟开关S3为单刀单掷开关，其两端分别接模拟开关S2的触点3和运算放大器A1的输出端；模拟开关S4为单刀单掷开关，串接在模拟开关S3的触点和模拟开关S5的触点2之间；所述积分器的输入信号包括：逻辑控制信号、时序控制信号和传感器电流信号，输出信号包括：预积分电压V
int
和积分电压V
out
，所述积分器的原理为：由积分电容C1、C2组成多级可调积分电容跨接到运算放大器的输出端和反相输入端构成积分电路，模拟开关用于控制积分电容值调节、积分电容清零、以及电路时序控制信号的执行。3.根据权利要求1所述的红外探测多步积分电路，其特征在于，所述多步积分控制模块包括比较器、编码器、组合逻辑电路、采样保持器、ADC、寄存器和多步积分时序控制器七个部分，多部积分时序控制器通过输出信号线与组合逻辑电路、编码器、比较器、采样保持器相连；采样保持器通过输出信号线与ADC相连；ADC通过输出信号线与寄存器相...

【专利技术属性】
技术研发人员：周同，吴奇龙，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：