[发明专利]一种非制冷红外焦平面阵列驱动控制电路集成设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及非致冷红外焦平面阵列热成像技术领域，具体属于红外焦平面阵列驱动时序、采集时序及温度控制时序电路设计。 

背景技术

随着红外探测技术的发展，对红外测温的精度及红外成像的质量提出了要求。由于红外热成像系统的温度测量过程会受到环境因素的影响而发生变化，为此需要设计一种灵活可编程温度控制电路以稳定红外探测器工作在某一稳定的温度值，以提高探测器的温度分辨率和探测灵敏度；而受红外焦平面探测器自带读出电路的限制，很难直接读出高精度的数字信号(如非致冷红外焦平面阵列自带6位数字信号输出功能)，所以外加A/D转换电路以实现高精度红外信号采集是一种必然的选择。现有红外焦平面阵列探测器的温度控制电路通常采用电阻分压的方法产生固定电压值(不同的阈值电压对应不同的探测器工作温度)，一旦电阻和电压给定，分出的电压固定。如果需要改变控制温度，相应电压值需要改变，分压电路也要相应调整，这种温度控制电路不具备灵活编程能力，系统设计的通用性差。为此本文提出利用FPGA器件对红外焦平面阵列驱动、采集、温度控制时序进行集成设计，以实现红外热成像系统控制电路的小体积、低功耗、低成本、高集成度设计的目的。 

发明内容

本发明针对现有技术中红外温度控制电路不具备重复可编程能力,系统设计灵活性差等缺陷，提供一种非致冷红外焦平面阵列驱动、采集及温度控制电路。能对各种热目标物体进行测温和成像。本发明时序控制电路由红外信号驱动时序电路、温度控制时序电路、A/D采集控制时序电路、FPGA逻辑控制电路构成。被测物体发出的红外辐射能量经过红外光学镜头聚焦到红外焦平面阵列上，由红外焦平面阵列将红外辐射能转换成电信号，并由红外焦平面阵列的读出电路在FPGA逻辑时序的控制下对视频电信号进行驱动输出；集成运算放大器对输出的 模拟视频信号进行放大，以满足A/D采集电路的输入视频信号范围；A/D采集电路在FPGA逻辑时序控制下对视频输出信号进行模数转换以输出离散的数字信号；温度控制电路保持红外焦平面阵列在整个工作过程中所有探测元的温度保持在某一恒定的温度下，以提高红外焦平面阵列的探测灵敏度和整个红外热成像系统的成像质量。FPGA逻辑控制电路是整个红外探测器前端控制电路的核心，它产生红外焦平面阵列探测器读出电路的驱动时序、采集控制电路时序及温度控制电路的初始化配置时序，以输出一定幅值的模拟信号，供后继A/D采集及处理的需要。本发明提供了一种非致冷红外焦平面阵列驱动控制电路的集成设计方法，该方法需要的外围器件少、集成度高、且编程灵活、升级换代方便，在红外热成像系统研制中具有推广和应用价值。 

附图说明

图1为红外焦平面阵列读出电路(ROIC)驱动时序波形图 

图2为红外焦平面阵列前端控制电路整体结构框图 

图3为FPGA逻辑电路集成控制示意图 

图4为温度控制电路示意图 

图5为FPGA配置温度控制芯片的时序 

具体实施方式

下面结合附图和具体实例说明本发明的实施方法。 

图2为红外焦平面阵列前端控制电路整体结构框图。电路由晶振电路、红外光学部分、红外焦平面阵列探测器、温度控制时序电路、A/D采集控制时序电路、FPGA逻辑控制单元电路构成。晶振电路采用27MHz的无源晶振，外带两个启振电容，为可编程器件提供输入时钟；探测器采用非制冷微测辐射热计焦平面阵列；A/D采集电路采用自带相关双采样的单电源工作的16位集成芯片VSP2566；温控制电路芯片采用MAXIN公司生产的热电制冷控制器MAX1978。 

被测物体发出的红外辐射能量经红外光学系统聚焦到红外焦平面阵列探测器上，由红外焦平面阵列探测器将红外辐射能转换成电信号，并由红外焦平面阵列探测器的读出电路在FPGA逻辑控制电路的控制下对视频电信号进行驱动输出；集成运算放大器对输出的模拟视频信号进行放大，以满足A/D采集电路的输入视频信号范围；A/D采集电路在FPGA逻辑电路的控制下对视频输出信号进行 模数转换以输出离散的数字信号；温度控制电路保持红外焦平面阵列在整个工作过程中所有探测元的温度保持在恒定的温度下，以提高红外焦平面阵列的探测灵敏度和整个红外热成像系统的成像质量。FPGA逻辑控制单元电路是整个红外探测器前端控制电路的核心，它产生红外焦平面阵列探测器读出电路的驱动时序、采集控制电路时序及温度控制电路的初始化配置参数，以输出一定幅值的模拟信号，供后继A/D采集及处理的需要。