一种基于FPGA的等效焦平面电路的设计

为实现对某型号卫星红外遥感器内部信号处理电路的测试,提出一种基于FPGA的等效焦平面电路的设计,系统以FPGA为控制核心,通过USB3.0接口接收上位机发送的模拟红外图像数据并对其进行存储,根据上位机指令以及探测驱动信号产生指定图像的8路探测器拟合信号给信号处理电路,同时将指定图像数据通过Cameralink接口上传并显示,对比源图像和处理后的图像。结果表明所设计的等效焦平面电路能够模拟红外探测器的输出信号,为信号处理电路提供可靠信号源,对保证红外遥感器的性能具有重要意义。     

混合式镶嵌红外/CCD焦平面

混合式镶嵌红外/CCD焦平面结构的探测器元件具有高的封装密度,这可用成本相宜的平面加工技术来实现。该焦平面结构更可取的是:在含有集成CCD信号处理电路的硅衬底上,有一层绝缘层,而镶嵌光伏(Hg,Cd)Te探测器阵列就制造在此绝缘层上。自探测器阵列来的光电信号,通过薄膜电互连以及穿过绝缘层并在该层表面露出的接触衬垫,与CCD电路耦合。     

红外、紫外、微光系统与应用

SPIE-Vol.4028 0217297SPIE 会议录,卷4028:红外探测器及焦平面阵列6=Proceedings of SPIE,Vol.4028:Infrared detectors andfocal plane array Ⅵ[会,英]/SPIE-The International So-ciety for Optical Engineering.—492P.(E)本会议录收集了在奥兰多召开的红外探测器与焦平面阵列会议上发表的50篇论文,内容涉及非冷却焦平面阵列,红外系统检测模块及数字信号处理,垂直腔表面发射激光器,混合 CMOS 可视焦平面阵列。焦平面读出电路,冷却红外探测器阵列,量子阱红外光探测器,碲镉汞探测器非冷却非平衡。     

数字红外焦平面探测器（特邀）

相比传统的模拟红外焦平面探测器,数字红外焦平面探测器具有很多技术优势,是红外焦平面探测器技术的重要发展方向。首先,介绍了数字红外焦平面探测器国内外的研发现状,从信号处理以及应用的角度分析了模拟红外焦平面探测器与数字红外焦平面探测器的区别与特点;然后,又详细介绍了列级ADC数字读出集成电路以及数字像元读出集成电路的架构及具体电路模块,分析了数字读出集成电路的各模块电路及与性能的关系,并展望了数字读出集成电路的技术发展趋势。随着红外焦平面探测器向大面阵、小像元及高性能发展,对数字读出集成电路也提出更高的技术要求。通过读出集成电路架构以及模块电路的技术提升,列级ADC数字读出集成电路将普遍应用于大面阵、小像元红外焦平面探测器,而数字像元读出集成电路将普遍应用于长波红外焦平面探测器。     

红外焦平面器件的信息获取电路技术

红外焦平面阵列器件是现代红外成像系统的关键器件,它包括红外探测器阵列和读出电路两部分。其信号获取电路是处理焦平面输出信号的部分,主要指与读出电路接口的放大电路。本文主要综合了红外焦平面器件的信息获取电路及其相关技术,并就其中的关键技术进行简要分析。     

红外焦平面探测器数字读出电路研究

读出电路是红外焦平面探测器组件的重要组成部分,其性能对探测器乃至整个红外成像系统的性能有重大影响.随着硅CMOS工艺的发展,数字化读出电路以及读出电路片上数字信号处理等功能得以实现,能够大幅度提高红外焦平面探测器的性能.以红外焦平面探测器对读出电路的要求入手,分析了读出电路各性能参数对红外焦平面探测器性能的影响,介绍了读出电路的数字化技术及各种实现方式以及数字积分技术.CMOS技术的发展使得数字积分技术在红外焦平面探测器读出电路中得以实现,有效解决了读出电路的电荷存储容量不足的问题,极大地提高了探测器性能.     

焦平面阵列读出光学网络

美国加州理工学院的E. R. Fossum等人为美国宇航局的喷气推实验室研制焦平面阵列读出的光学网络。这种光学网络可把焦平面阵列中的光电探测器的模拟读出信号传输到外部信号处理电路。典型结构的焦面阵列是由红外探测器组成,探测器在低温状态下工作。这种光学网络与电子学和其他光学网络相比加到低温系统中的热负载很小,因为这种网络中不包含电子放大器或激光放大     

提高短波红外光谱仪信噪比的均衡曝光技术

针对短波红外焦平面光谱仪传统曝光方式在一大类应用场景中的不足之处,提出了一种提高短波红外焦平面光谱仪成像信噪比的均衡曝光技术:即给予焦平面上不同光谱维以不同的积分时间来提高整个焦平面的成像信噪比.实验系统包括中科院上海技术物理研究所自主研制的短波红外焦平面探测器、探测器驱动电路、信号采集与处理电路、上位机软件等.实验对比了3.31 ms、5.76 ms、8.22 ms、10.68 ms、13.14 ms这5档积分时间的信噪比及其对比,经过测试,在忽略驱动及读出电路噪声的情况下,实验值与理论值接近,该技术有效提高了红外光谱仪成像信噪比.     

高帧频低噪声红外焦平面信息获取系统

设计了一种针对法国引进制冷型高性能320×256元HgCdTe长波红外焦平面探测器MARS LW K508的信息获取系统。该系统包括红外光学镜头、探测器驱动电路、信号处理电路、数据采集与控制电路、图像传输与处理软件等。经过测试,系统在全帧读出时可实现最高200 Hz的帧频,面对300 K黑体目标测试得到均值噪声为0.7～0.8 mV,综合灵敏度优于0.1 K。系统获取的图像经过校正后质量良好。该系统可用于地表热红外成像光谱探测、高速红外监视成像等高端热红外焦平面应用领域。     

数字化红外焦平面技术

数字化红外焦平面技术是从探测器起所有信号处理都在数字域完成的红外热成像技术,是目前国际上最先进的新一代红外焦平面技术。通过将模拟-数字转换器（ADC）集成到读出电路中实现数字读出,配合数字传输和数字图像处理形成数字化红外焦平面技术。通过中波640×512数字化红外焦平面探测器读出电路、成像组件以及数字化红外焦平面热像仪的设计和测试,表明数字化红外焦平面技术具有接口简单、高抗干扰、高通道隔离度、低读出噪声、高传输带宽、高线性度、高稳定性等特点,是红外热成像系统的技术发展趋势。     

非制冷红外焦平面非均匀性测试技术研究

非制冷焦平面的非均匀性和噪声是限制非制冷红外热成像系统性能的主要因素.研制了非制冷红外焦平面的非均匀性测试系统,系统由黑体、红外光学系统、焦平面驱动电路、热电温控电路、信号处理系统、计算机和测试软件等构成,利用该系统可以将微测辐射热计非制冷红外焦平面各像元的输出信号数字化后传输给计算机,实现对焦平面的非均匀性测试和盲元统计,并给出了实验结果.     

非制冷红外焦平面探测器及其技术发展动态

非制冷红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件。介绍了非制冷红外焦平面探测器的工作原理及微测辐射热计、读出电路、真空封装三大技术模块,分析了影响其性能的关键参数。与微测辐射热计设计相关的重要参数包括低的热导、高的红外吸收率、合适的热敏材料等;读出电路的传统功能是实现信号的转换读出,近年来也逐渐加入了信号补偿的功能;真空封装技术包括了金属管壳封装、陶瓷管壳封装、晶圆级封装和像元级封装。列举了国内外主要厂商的非制冷红外焦平面探测器的技术指标及近年来的最新技术进展,总结了非制冷红外焦平面探测器的技术发展趋势。     

576×6长波红外探测器成像系统设计

设计了一个应用于线阵扫描型长波红外焦平面阵列的实时成像系统。系统中的适配电路为探测器提供工作环境,并对图像信号进行缓冲和电平变换。模拟视频信号的采集使用了高精度流水线ADC。数字信号处理电路实现了非均匀性校正,图像数据排序,坏像元补偿,直方图均衡和视频信号输出控制。结果表明该设计方法合理可行。     

576×6长波红外探测器成像系统设计

设计了一个应用于线阵扫描型长波红外焦平面阵列的实时成像系统。系统中的适配电路为探测器提供工作环境,并对图像信号进行缓冲和电平变换。模拟视频信号的采集使用了高精度流水线ADC。数字信号处理电路实现了非均匀性校正,图像数据排序,坏像元补偿,直方图均衡和视频信号输出控制。结果表明该设计方法合理可行。     

320×256二类超晶格探测器驱动电路的设计

为了验证二类超晶格红外探测器的性能,设计了探测器的驱动电路。因红外探测器的灵敏度高,设计了低噪声电源偏置电路,优化了电路板的布局。结合320×256长波红外焦平面组件特点设计的驱动电路为探测器组件提供电源与偏置电压、时序与控制信号。实验结果表明,该驱动电路能基本满足二类超晶格红外成像系统低噪声、高精度的要求。     

红外探测器集成图像信号处理芯片设计

在红外信号处理中,红外探测器原始输出图像存在非均匀性严重、噪声大、对比度低等问题,无法满足武器装备对图像质量的要求。为解决红外图像信号数据量大、算法复杂、系统实时性强等系列问题,研制红外探测器集成图像信号处理电路,以减小体积、降低功耗、提升性能。     

基于CPLD的红外焦平面阵列驱动电路的设计

红外焦平面阵列是新型的红外探测器,为了使其达到理想的工作状态,需要提供时钟驱动脉冲和偏置电压.传统的方法是通过重写EEPROM等方式来改写驱动脉冲信号.设计了一种使用CPLD的红外焦平面探测器时钟驱动电路,其电路结构简单,具有较强的器件驱动能力,可实现CMOS TDI 288×4红外焦平面阵列和其他超长线列焦平面阵列的驱动,提供可调偏置电压,为红外焦平面阵列的性能调试提供方便.     

红外系统信号处理电路对激光干扰效应的影响

根据红外系统信号处理电路原理和等效RC时间常数,分析了激光辐照红外系统使信号处理电路输出信号消失,然后再逐渐恢复到正常现象产生的机理。理论分析和实验研究表明,红外系统输出信号消失或恢复的时间不但与激光辐照功率和时间有关,而且主要取决于信号处理电路的等效RC时间常数。RC时间常数越大,输出信号的消失和恢复时间就越长。激光对红外系统输出信号的干扰时间不但与滤光片/探测器吸收入射光能量产生的热效应有关,而且还主要取决于信号处理电路RC时间常数的影响。实验验证了这种结论,说明这种解释有一定的合理性。     

红外焦平面探测器的输入电路性能分析

在混合式红外焦平面阵列中，探测器和读出电路之间的耦合是通过输入电路完成的。本文论述了输入电路在焦平面传输中的作用，分析了焦平面输入电路的性能，讨论了焦平面输入电路对红外焦平面阵列探测器设计的影响。     

短波红外焦平面列阵

在第二代红外成象系统中,采用焦平面列阵可使系统获得高分辨率和高灵敏度。在混合结构中,探测器和信号处理芯片是采用不同的材料单独制作,然后耦合成焦平面列阵。采用HgCdTe探测器的第二代红外成象系统的研究和发展工作主要在中红外波段(3～5μm)和长波波段(8～12μm)范围内进行。然而在高温和反射阳光下的物体