扫描型热像仪读出驱动和系统电源研究

论文摘要

扫描型制冷热成像系统具有MTF性能好、噪声低、成像质量好、信噪比高的优点，对国防建设有着非常重要的意义。近几年国内在扫描型红外热像仪的研究上投入了很多资金，希望在扫描型热像仪上能够有所突破，赶上西方国家，达到世界水平。本文在扫描型热像仪的基本理论和信号完整性分析的基础上，设计并研制了低噪声、高性能的读出驱动和系统电源，取得了比较好的效果。论文首先简单回顾了红外热成像技术的现状和发展状况，分析了扫描型红外热成像系统的优点、应用场合，并将此与当前比较热门的凝视型红外热成像系统相比较，作出了一定的展望。本文以低噪声、高精度为出发点，设计并研制了扫描型热像仪读出驱动电路。包括模拟信号采集通路、偏置电压的生成、控制时序和马达控制时序的生成。根据扫描型红外热成像系统各部分的要求，通过分析计算，设计了模拟信号采集通路，能够对从焦平面阵列输出的模拟信号进行放大、滤波、模数转换并送到计算机中以便后续处理；通过对焦平面阵列所需偏置电压的精度和纹波要求的分析和计算，采用高精度的多位D／A转换器结合抗干扰措施实现了读出驱动中高精度、低噪声的偏置电压；深入研究红外焦平面读出电路的成像原理，通过对主时钟和积分时间的计算和分析，采用目前应用广泛的可编程逻辑器件完成驱动控制时序和马达控制时序的设计和实现，使焦平面探测器能正常工作。设计并研制了整个红外热成像系统的供电电源，包括为前端的模拟电路部分提供多路稳定、低噪声、大电流数字、模拟电源及高要求的恒流源，为后端图像处理电路提供稳定的数字电源，并对系统的电源完整性问题进行了探讨。最后，对红外热像仪读出驱动和系统电源的研究工作做一个总结，指出了不足之处，为进一步的改进打下基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 热成像技术的现状和发展
• 1.3 本文的研究背景和意义
• 1.4 本文主要的研究工作
• 2 扫描型和凝视型焦平面红外探测器
• 2.1 红外焦平面探测器的发展和分类
• 2.2 凝视型焦平面红外探测器
• 2.3 扫描型焦平面红外探测器
• 3 红外成像系统驱动电路的研究
• 3.1 系统基本组成
• 3.1.1 红外热成像系统的构成
• 3.1.2 驱动电路的组成
• 3.2 系统驱动电路
• 3.2.1 偏置电压的形成
• 3.2.2 控制信号和积分信号的产生
• 3.2.3 马达驱动部分的产生
• 3.2.4 数据采集通道的设计
• 3.3 信号完整性
• 3.3.1 信号完整性问题的产生机理
• 3.3.2 信号的反射
• 3.3.3 信号的串扰
• 3.3.4 地弹噪声
• 3.3.5 确保信号完整性的各种措施
• 3.4 本章小结
• 4 红外成像系统电源设计
• 4.1 系统电源的构成
• 4.2 各部分电源的设计
• 4.2.1 设计原理
• 4.2.2 本系统电源的设计
• 4.3 电源完整性
• 4.3.1 电源完整性简介
• 4.3.2 具体措施
• 4.4 本章小结
• 5 调试中出现的问题和解决方案
• 5.1 模拟开关通道串扰
• 5.1.1 原理
• 5.1.2 解决方案及分析
• 5.2 系统的噪声以及降低
• 5.3 FPGA调试中的问题
• 5.3.1 多时钟问题
• 5.3.2 毛刺问题
• 6 结束语
• 致谢
• 参考文献