一种低噪声驱动电路的制作方法

1.本实用新型涉及驱动电路领域，尤其涉及一种低噪声驱动电路。


背景技术：

2.非制冷红外探测器是红外成像系统的核心器件，在军事领域和民用市场有着广泛的应用。
3.红外成像系统通过对非制冷探测器光电转换、电信号处理等，将目标物体的温度转换为图像，因而非制冷红外探测器的性能在很大程度上决定了整个系统的性能。
4.在实际应用过程中，因为非制冷探测器自身的非均匀性、放大器噪声和背景辐射光子噪声等原因，会让非制冷红外热像仪的输出图像存在明显的非均匀性。因此，为更有效的提升红外热成像图像的质量，对外热像仪的驱动电路有更高的要求，需要为非制冷探测器提供低噪声的直流电源与偏置电压、合适的信号处理、高精度的数字信号控制。


技术实现要素：

5.基于上述需求，为降低驱动电路噪声，申请提出采用低噪声ldo与高精度低噪声运算放大器，实现直流电源与直流偏置电路。
6.本实用新型提供的一种低噪声驱动电路，包括：
7.红外探测器像元输入电路和探测器驱动电路；
8.其中探测器驱动电路与红外探测器像元输入电路电性连接；
9.探测器驱动电路为红外探测器像元输入电路提供模拟电源和偏置电压；
10.红外探测器像元输入电路将探测器所有像元产生的光生电流积分，并转化为电压输出。
11.进一步地，所述红外探测器像元输入电路包括：反相放大器、积分电容cint、复位开关kint和光敏器件；
12.其中反相放大器的反向输入端接光敏器件的输出端、积分电容cint的一端、复位开关kint的一端；反相放大器的同向输入端接参考电源vref；
13.积分电容cint的另一端与复位开关kint的另一端电性连接，并共同连接至反相放大器的输出端vout；
14.光敏器件输入端包括：可调偏置电压端gfid、内部偏压输出端gsk和固定偏置电压端vsk。
15.进一步地，所述固定偏置电压端vsk与探测器驱动电路电性连接；所述探测器驱动电路包括：第一低通滤波电路和第二低通滤波电路；其中第一低通滤波电路与第二低通滤波电路电性连接；第一低通滤波电路用于消除整个低噪声驱动电路中的高频噪声；第二低通滤波电路用于消除第一低通滤波电路中的附带噪声。
16.进一步地，所述第一低通滤波电路包括：第一高压运算放大器、电阻r1-r5、电容c1-c3；所述第一高压运算放大器的1脚与电阻r5的一端、电容c3的一端电性连接；电阻r5的
另一端与电阻r4的一端电性连接，且电阻r5的另一端作为第二低通滤波电路的输入端n_vsk；电阻r4的另一端与电阻r3的一端、电容c3的另一端电性连接，且电阻r4的另一端接入第一高压运算放大器的第4脚；电阻r3的另一端接地；第一高压运算放大器的2脚接地；第一高压运算放大器的3脚与电容c1的一端、电阻r1的一端电性连接；电容c1的另一端接地；电阻r1的另一端接参考电压；第一高压运算放大器的5脚与电容c2的一端、电阻r2的一端电性连接；电容c2的另一端接地，电阻r2的另一端接正电源。
17.进一步地，所述第二低通滤波电路包括：第二高压运算放大器、电阻r6-r8、电容c6-c8；所述第二高压运算放大器的1脚与电阻r8的一端；电阻r8的另一端与电容c8的一端电性连接，且电阻r8的另一端接固定偏置电压端vsk；电容c8的另一端接地；第二高压运算放大器的2脚接地；高压运算放大器的3脚与电阻r6的一端、电容c6的一端电性连接；电阻r6的另一端与第一低通滤波电路的输入端n_vsk电性连接；第二高压运算放大器的4脚与电阻r8的一端电性连接；第二高压运算放大器的5脚与电阻r7的一端、电容c7的一端电性连接；电容c7的另一端接地；电阻r7的另一端接正电源。
18.进一步地，所述可调偏置电压端gfid通过数字电位器输出可调偏置电压。
19.所述内部偏压输出端gsk输出探测器驱动电路内部偏置电压。
20.本实用新型提供的有益效果是：提出了低噪声的探测器驱动电路，有效的改善了电路性能，提高了成像系统的图像质量。
附图说明
21.图1是本实用新型系统整体结构示意图；
22.图2是红外探测器像元输入电路的原理示意图；
23.图3是lt3042引脚连接关系图；
24.图4是探测器驱动电路原理图；
25.图5是数字电位器控制输出gfid值的电路原理示意图。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。
27.请参考图1，图1是本实用新型系统结构图。
28.本实用新型提供了一种低噪声驱动电路，包括：
29.红外探测器像元输入电路和探测器驱动电路；
30.其中探测器驱动电路与红外探测器像元输入电路电性连接；
31.探测器驱动电路为红外探测器像元输入电路提供模拟电源和偏置电压；
32.红外探测器像元输入电路将探测器所有像元产生的光生电流积分，并转化为电压输出。
33.请参考图2，图2是红外探测器像元输入电路的原理示意图。
34.所述红外探测器像元输入电路包括：反相放大器、积分电容cint、复位开关kint和光敏器件；
35.其中反相放大器的反向输入端接光敏器件的输出端、积分电容cint的一端、复位
开关kint的一端；反相放大器的同向输入端接参考电源vref；
36.积分电容cint的另一端与复位开关kint的另一端电性连接，并共同连接至反相放大器的输出端vout；
37.光敏器件输入端包括：可调偏置电压端gfid、内部偏压输出端gsk和固定偏置电压端vsk。需要说明的是，图2中光敏器件镂空的一端作其它需要处理，这里不是本技术重点内容，故略去。
38.需要说明的是，红外探测器像元输入电路的原理如下：
39.像元工作前，复位开关kint连通进行复位，将积分电容cint两端的电压复位为放大器的参考电压vref。
40.像元工作时，复位开关kint断开，红外辐射产生的光电流对积分电容cint进行积分，积分结束后该像元通道打开，后端电路对采样电容进行采样保持，并由电源跟随器输出。
41.复位开关kint导通，积分电容进行复位的同时像元降温，如此反复开始控制下一像元。
42.因此偏置电压vsk的一点微小变化就会在输出端成倍的放大，一般探测器手册对直流电源，偏置电压都给出了噪声的具体要求，例如：
43.模拟电源vdda，3.6v，≤100uv(1hz to 10mhz)，60ma(max)；
44.偏置电压vsk，7.0v，≤2uv(1hz to 1khz)，≤5uv(1hz to 10khz)，≤100uv(1hz to 10mhz)，20ma(max)。
45.需要说明的是，上述模拟电源vdda作为固定偏置电压的滤波运放电压。所述固定偏置电压端vsk与探测器驱动电路电性连接；也即模拟电源vdda作为探测器驱动电路的电源；
46.关于模拟电源vdda，本技术中采用ldo为探测器驱动电路供电。其中选用的是adi公司的lt3042是一款高性能低压差线性稳压器，它具有超低噪声和超高psrr，它由一个高精度电流基准后随一个高性能电压缓冲器组成，从而可以产生几乎恒定的带宽、噪声、psrr和负载调节能力。
47.lt3042的低频和高频psrr性能都很好，10hz to 10khz的低频psrr超过90db，3mhz时的高频psrr超过75db。lt3042有1.8v～20v的宽输入范围，200ma的电流输出能力，压差电压350mv，而10hz to 100khz的噪声均方根rms仅为0.8uv
rms
，10khz时的散粒噪声仅为
48.以往ldo的结构是电压参考源、导通晶体管、差分放大器、分压网络，在该结构中除了内部电压源发出噪声外，外部分压网络也会产生噪声。
49.而lt3042采用恒流源的结构，通过高精度电阻即可得到相应电压值，还可以在该电阻两端并联电容消除噪声干扰。因此lt3042完全能够满足焦平面探测器对直流电源和偏置电压的要求。请参考图3，图3是lt3042引脚连接关系图；需要说明的是，图3中的电阻r1-r5、电容c1-c6与后文中其它部分电路原理图中的相同符号并不指代同一电阻或电容，此图3中仅为lt3042引脚连接的一个示意性说明，也即表示可以采用lt3042这个芯片来进行探测器的直流源和偏压要求，当然也可以采用其它类型的恒流源结构实现相同作用。
50.请参考图4，图4是探测器驱动电路原理图；
to 10hz、2.048v输出时，芯片噪声为1.3uvp-p，温漂系数为3ppm/℃，能保证电路的稳定性和噪声要求。
64.对于非制冷探测器中的可调偏压，以往采用dac设置不同偏压，再经过一阶有源滤波电路的模式。但dac芯片的噪声往往都在10uv级别，虽然经过滤波电路后有很大改善，基本能满足探测器偏压要求。
65.所述可调偏置电压端gfid通过数字电位器输出可调偏置电压。
66.所述内部偏压输出端gsk输出探测器驱动电路内部偏置电压。
67.需要说明的是，本实用新型中，非制冷探测器可调偏压采用高精度数字电位器，通过fpga控制数字电位器阻值的不同得到不同的电压值。请参考图5，图5是数字电位器控制输出gfid值的电路原理示意图；需要说明的是，这里也仅为示意图，图5中的电阻r1-r7，电容c1-c6与图3中并不相同，这里仅为展示数字电位器的原理，关于该部分原理实质上比较常见，因此此处仅作示意图进行说明。
68.综合来看，本实用新型的有益效果是：提出了低噪声的直流电源与偏压的驱动电路，有效的改善了电路性能，提高了成像系统的图像质量。
69.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种低噪声驱动电路，其特征在于，包括以下部分：红外探测器像元输入电路和探测器驱动电路；其中探测器驱动电路与红外探测器像元输入电路电性连接；探测器驱动电路为红外探测器像元输入电路提供模拟电源和偏置电压；红外探测器像元输入电路将探测器所有像元产生的光生电流积分，并转化为电压输出。2.如权利要求1所述的一种低噪声驱动电路，其特征在于：所述红外探测器像元输入电路包括：反相放大器、积分电容cint、复位开关kint和光敏器件；其中反相放大器的反向输入端接光敏器件的输出端、积分电容cint的一端、复位开关kint的一端；反相放大器的同向输入端接参考电源vref；积分电容cint的另一端与复位开关kint的另一端电性连接，并共同连接至反相放大器的输出端vout；光敏器件输入端包括：可调偏置电压端gfid、内部偏压输出端gsk和固定偏置电压端vsk。3.如权利要求2所述的一种低噪声驱动电路，其特征在于：所述固定偏置电压端vsk与探测器驱动电路电性连接；所述探测器驱动电路包括：第一低通滤波电路和第二低通滤波电路；其中第一低通滤波电路与第二低通滤波电路电性连接；第一低通滤波电路用于消除整个低噪声驱动电路中的高频噪声；第二低通滤波电路用于消除第一低通滤波电路中的附带噪声。4.如权利要求3所述的一种低噪声驱动电路，其特征在于：所述第一低通滤波电路包括：第一高压运算放大器、电阻r1-r5、电容c1-c3；所述第一高压运算放大器的1脚与电阻r5的一端、电容c3的一端电性连接；电阻r5的另一端与电阻r4的一端电性连接，且电阻r5的另一端作为第二低通滤波电路的输入端n_vsk；电阻r4的另一端与电阻r3的一端、电容c3的另一端电性连接，且电阻r4的另一端接入第一高压运算放大器的第4脚；电阻r3的另一端接地；第一高压运算放大器的2脚接地；第一高压运算放大器的3脚与电容c1的一端、电阻r1的一端电性连接；电容c1的另一端接地；电阻r1的另一端接参考电压；第一高压运算放大器的5脚与电容c2的一端、电阻r2的一端电性连接；电容c2的另一端接地，电阻r2的另一端接正电源。5.如权利要求4所述的一种低噪声驱动电路，其特征在于：所述第二低通滤波电路包括：第二高压运算放大器、电阻r6-r8、电容c6-c8；所述第二高压运算放大器的1脚与电阻r8的一端；电阻r8的另一端与电容c8的一端电性连接，且电阻r8的另一端接固定偏置电压端vsk；电容c8的另一端接地；第二高压运算放大器的2脚接地；高压运算放大器的3脚与电阻r6的一端、电容c6的一端电性连接；电阻r6的另一端与第一低通滤波电路的输入端n_vsk电性连接；第二高压运算放大器的4脚与电阻r8的一端电性连接；第二高压运算放大器的5脚与电阻r7的一端、电容c7的一端电性连接；电容c7的另一端接地；电阻r7的另一端接正电源。6.如权利要求2所述的一种低噪声驱动电路，其特征在于：所述可调偏置电压端gfid通过数字电位器输出可调偏置电压。7.如权利要求2所述的一种低噪声驱动电路，其特征在于：所述内部偏压输出端gsk输
出探测器驱动电路内部偏置电压。

技术总结
本实用新型公开了一种低噪声驱动电路，包括：红外探测器像元输入电路和探测器驱动电路；其中探测器驱动电路与红外探测器像元输入电路电性连接；探测器驱动电路为红外探测器像元输入电路提供模拟电源和偏置电压；红外探测器像元输入电路将探测器所有像元产生的光生电流积分，并转化为电压输出。本实用新型有益效果是：提出了低噪声的探测器驱动电路，有效的改善了电路性能，提高了成像系统的图像质量。量。量。


技术研发人员：袁燕芳 李鹏
受保护的技术使用者：武汉博宇光电系统有限责任公司
技术研发日：2023.01.31
技术公布日：2023/9/1