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非制冷红外焦平面成像系统的高速DSP组件

电光与控制 2013年第9期20卷 99-101,104页

作者：金立峰冯涛蔡芃海军航空兵学院辽宁葫芦岛125001 广微积电科技有限公司北京100022 上海理工大学上海200093

红外探潜仪是反潜巡逻机携带的一种重要的非声探潜设备。研究了一种基于高速数字信号处理器(DSP)的非制冷红外焦平面成像系统核心组件,实现了红外探测器数据采集、红外图像实时非均匀性校正、红外图像灰度变换等功能,取得了很好的效果。

关键词：红外探测仪非制冷红外焦平面 DSP 两点法平台直方图均衡

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非制冷红外焦平面温控电路设计

非制冷红外焦平面温控电路设计

作者：贺驰光华中科技大学

学位级别：硕士

非制冷红外焦平面是红外成像技术史上最引人瞩目的技术革命，也是当前红外成像技术领域极具市场前景的研究热点之一。由于其低成本、低功耗和高可靠性的性能特点，使得非制冷红外焦平面在众多领域中都得到了广泛的应用。非制冷红外焦... 详细信息

非制冷红外焦平面是红外成像技术史上最引人瞩目的技术革命，也是当前红外成像技术领域极具市场前景的研究热点之一。由于其低成本、低功耗和高可靠性的性能特点，使得非制冷红外焦平面在众多领域中都得到了广泛的应用。非制冷红外焦平面有两种主要技术：热释电技术和微测辐射热计。不需要超低温工作环境（77K～80K）是这两种不同原理的焦平面的共有特点。但是人们对红外图像质量的苛刻要求又必须使焦平面工作在一个稳定不变的室温温度点上。因此，非制冷红外成像系统都带有智能温度控制电路，为焦平面提供一个高稳定度、低漂移的工作温度。半导体热电制冷器被用于控制非制冷红外焦平面的温度。半导体热电制冷器是一种由简单的P、N半导体材料构成的电子器件，它被集成在焦平面内部，通过外部电路的补偿达到温度控制的目的。本文在理论分析和数学推导的基础上，为温控电路的各个环节建立了数理模型，并利用MATLAB仿真工具，精确分析了电路的行为。在这一模型的帮助下，确定了一组工程实用的工作参数，并为后续的电路设计及调试过程提供了理论依据。最后，在综合考虑系统集成度和控制精度的基础上，选取了美信公司半导体热电制冷器专用温控芯片MAX1978作为主控芯片，用硬件电路实现了对焦平面的温度控制。温控电路结构简单、外围器件少、面积小且控制精度高，经过测试达到了0.045°С的控制精度。

关键词：非制冷红外焦平面热电制冷器温度控制 MAX1978 PID

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非制冷红外焦平面图像处理系统的研制

非制冷红外焦平面图像处理系统的研制

作者：汪辉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

非制冷红外成像系统以其体积小、质量轻、功耗低、性价比高、携带方便等优点,在红外成像系统的发展中占据着重要位置。其产品在军事、工业等诸多领域有着广泛的应用,是当前红外热成像系统研究的热点。本课题围绕非制冷红外焦平面图像处... 详细信息

非制冷红外成像系统以其体积小、质量轻、功耗低、性价比高、携带方便等优点,在红外成像系统的发展中占据着重要位置。其产品在军事、工业等诸多领域有着广泛的应用,是当前红外热成像系统研究的热点。本课题围绕非制冷红外焦平面图像处理系统的结构和整体硬件平台展开研究,在分析了红外图像特点和不同处理算法的实现形式后,详细剖析了微测辐射热型探测器,即系统使用的红外焦平面探测器的工作原理、性能参数及其工作特性;然后根据非制冷红外探测器机芯组件开发协议,分析本系统实现的功能和主要技术指标,在此基础上确定本系统所要遵循的设计原则和技术要求。通过分析比较了当前各种图像处理系统的结构和硬件实现方案,提出了基于FPGA的非制冷红外焦平面图像处理系统的设计方案,接着深入地研究了微测辐射热探测器UL03191、热电制冷集成温度控制芯片ADN8830、高速AD转换器AD9240AS、视频编码芯片SAA7104E、高速MCU芯片C8051F047、数据存储器IS61LV51216以及LVDS编码器DS90CR287MTD的工作原理和时序逻辑,基于这些器件完成了图像处理系统的硬件设计。采用VHDL语言,在QUARTUS II编译环境下完成了FPGA处理系统的控制逻辑设计;针对红外图像的特点,利用FPGA来实现红外图像处理的算法以改善图像的信噪比,包括红外图像的非均匀性校正和盲元替代;并且系统能够根据外部输入指令,实时地对红外图像进行了亮度、对比度、放缩的图像控制。使图像处理系统的功能丰富化,提高整体成像质量。系统完整地实现了红外图像的采集、处理、传输与显示等功能。

关键词：红外图像处理温度控制非制冷红外焦平面 FPGA

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非制冷红外焦平面探测器非均匀性校正研究

非制冷红外焦平面探测器非均匀性校正研究

作者：王慧雯天津工业大学

学位级别：硕士

在非制冷红外探测器设计中,读出电路是红外焦平面的核心,其性能决定着整个红外焦平面的应用,最主要的问题是芯片具有由于外界因素的影响而产生的非均匀性,对红外探测器焦平面进行非均匀性校正成为近年来技术研究的热点问题之一。在带隙... 详细信息

在非制冷红外探测器设计中,读出电路是红外焦平面的核心,其性能决定着整个红外焦平面的应用,最主要的问题是芯片具有由于外界因素的影响而产生的非均匀性,对红外探测器焦平面进行非均匀性校正成为近年来技术研究的热点问题之一。在带隙基准电路提供精确基准电压的条件下,非均匀性校正电路产生的电压信号传输给高电源抑制比输出缓冲器电路,使红外探测器产生更为精确的输出电压。因此,本论文基于TSMC 0.18μm技术对红外焦平面读出电路非均匀性进行了技术研究。本论文对阵列规模为640×480和像元尺寸为17μm的非制冷红外探测器的各个模块进行研究,以达到降低非均匀性对读出电路影响的目的。本论文进行了以下研究:（1）本文提出的新型非均匀性校正电路采用共源共栅电流镜结构,在明盲像元电路加入放大器负反馈的结构,通过调节比例支路电流,最终输出非均匀性校正总补偿电流为368n A。在输入电压为2.5V的条件下,校正后积分电流id为44.24n A。积分电路的积分时间缩短为225.43ns,电路的非均匀性降为3%以下,输出电压更稳定。（2）设计了一款低功耗、高增益、低噪声的输出缓冲器结构,在输入级对传统轨对轨结构进行创新,此输出缓冲器在输入级增加了恒定跨导结构,在帧频60Hz,负载电容为50pf,负载电阻为100kΩ的条件下,低频增益为106d B,单位增益带宽为40.37MHz,相位裕度为103.3°,电路稳定,输入噪声为1.72nV/Hz。（3）设计了一款应用于红外焦平面探测器的二阶曲率补偿、高电源抑制比（PSRR）带隙基准电压（BGR）电路,在带隙基准电路加入电源抑制比提高电路结构,通过调节各个晶体管的参数,使二阶曲率补偿带隙基准电压Vref输出电压随温度的变化幅度为1.629m V,基准电压的温漂系数为8.65ppm/℃,该电路结构的电源抑制比（PSRR）达到128d B。

关键词：非制冷红外焦平面非均匀性校正读出电路输出缓冲器带隙基准电路

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非制冷红外焦平面非均匀性测试技术研究

非制冷红外焦平面非均匀性测试技术研究

基于I^2C的新型非制冷红外焦平面温度控制系统

2007年红外探测器及其在系统中的应用学术交流会

作者：钱芸生张俊举孙恋君邢素霞常本康南京理工大学电子工程与光电技术学院

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... 详细信息

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。

关键词：非制冷红外焦平面微测辐射热计非均匀性测试

来源： cnki会议评论

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红外技术 2010年第6期32卷 353-355,370页

作者：邢彦敏王婷婷吕坚蒋亚东电子科技大学光电信息学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都610054

论述了非制冷红外焦平面阵列温度控制的重要性,并且简要提出温度控制原理,在此基础上提出使用MAX1978对TEC进行闭环自动控制的方案,并使用DAC芯片AD5665R作为温度参考电压输入芯片,使用I2C协议完成精确定点温度控制,实现了将非制冷红外... 详细信息

论述了非制冷红外焦平面阵列温度控制的重要性,并且简要提出温度控制原理,在此基础上提出使用MAX1978对TEC进行闭环自动控制的方案,并使用DAC芯片AD5665R作为温度参考电压输入芯片,使用I2C协议完成精确定点温度控制,实现了将非制冷红外焦平面阵列在不同的环境下稳定工作的要求。经测试验证系统温度的波动范围能够有效控制在±0.005℃,从而为提高焦平面阵列温度稳定性使非制冷性红外探测器适应不同的温度环境提供了一种实用方法。

关键词：定点温度控制 PID补偿 MAX1978 I2C 非制冷红外焦平面

320×240混合式非制冷红外焦平面探测器芯片工艺研究

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红外技术 2010年第1期32卷 1-5页

作者：许娅明任华昆明物理研究所云南昆明650223

热释电非制冷红外探测器具有成本低廉、无需制冷等优异特点,在红外探测和红外成像领域占有极其重要的地位。从热释电非制冷焦平面探测器的晶片制备、红外吸收结构设计、倒装互连等关键工艺的研究进行了阐述,其研究试验最终实现了320×24... 详细信息

热释电非制冷红外探测器具有成本低廉、无需制冷等优异特点,在红外探测和红外成像领域占有极其重要的地位。从热释电非制冷焦平面探测器的晶片制备、红外吸收结构设计、倒装互连等关键工艺的研究进行了阐述,其研究试验最终实现了320×240的成像演示。

关键词：混合式热释电非制冷红外焦平面工艺流程

基于三维噪声模型的非制冷红外焦平面读出电路的分析

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红外技术 2012年第6期34卷 336-339页

作者：张宁吴和然周云蒋宁蒋亚东电子科技大学光电信息学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都610054

基于3D噪声模型对非制冷红外读出电路噪声产生的原因进行分析,重点阐述了三维噪声的理论框架与分析方法,分析各噪声因子的含义以及产生原因,并给出计算方法,对读出电路各种噪声分量的产生进行了深入的分析。并基于此模型对阵列大小为320... 详细信息

基于3D噪声模型对非制冷红外读出电路噪声产生的原因进行分析,重点阐述了三维噪声的理论框架与分析方法,分析各噪声因子的含义以及产生原因,并给出计算方法,对读出电路各种噪声分量的产生进行了深入的分析。并基于此模型对阵列大小为320×240非制冷红外焦平面阵列进行分析,计算出各噪声因子的大小,得出了噪声产生的主要原因,为焦平面阵列性能的提高与评估提供了理论依据。

关键词：三维噪声时间噪声空间噪声非制冷红外焦平面

1280×1024非制冷红外焦平面读出电路的研究

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1280×1024非制冷红外焦平面读出电路的研究

作者：刘慧芳电子科技大学

学位级别：硕士

随着非制冷红外热成像焦平面阵列在军事和民事上的的广泛应用,制作出更大面阵,更小像元,更高集成度的高可靠性低成本芯片是当前非制冷红外焦平面阵列的主要发展方向之一。非制冷红外焦平面阵列包括红外焦平面阵列探测器和读出电路(Read ... 详细信息

随着非制冷红外热成像焦平面阵列在军事和民事上的的广泛应用,制作出更大面阵,更小像元,更高集成度的高可靠性低成本芯片是当前非制冷红外焦平面阵列的主要发展方向之一。非制冷红外焦平面阵列包括红外焦平面阵列探测器和读出电路(Read Out Integrated Circuit简写ROIC),读出电路作为红外焦平面阵列探测器和信号处理系统的连接部分,其性能好坏直接制约着非制冷红外焦平面阵列的性能指标。本论文对大面阵小像元非制冷红外焦平面读出电路进行了研究,设计出了像元大小为12μm×12μm的1280×1024非制冷红外焦平面阵列读出电路。此电路可工作在高帧频条件下,主时钟频率根据系统最终所需要的帧频而定,积分时间可调。本设计采用华润上华CSMC 0.5μm工艺,利用Cadence EDA工具完成了原理图的设计和仿真、版图的设计和验证工作。本论文的主要内容和成果如下:1、本论文提出了1280×1024非制冷红外焦平面读出电路的设计要求,包括:工作帧频为60Hz、主时钟频率为19.66MHz、等效噪声温差≤80mK、芯片面积≤19.116mm×20.4mm,整个芯片的功耗≤300mW。分析了1280×1024读出电路的设计难点在于高帧频和大阵列空间非均匀性。首先,提出了多单元读取模式的阵列扫描方式;其次,采用了将1280×1024的阵列划分为四个320×1024的子阵列技术;最后,读出电路模拟通道在信号处理时,采用了行分时复用。2、将数字电路划分为不同逻辑功能的模块,包括:中央时序控制器、行选时序控制器、行选通控制器、列多路选通控制器,分析了它们的工作时序并进行了仿真验证。中央时序控制器通过移位寄存器产生一系列时序逻辑控制信号、行选控制采用编码/译码方式,列选控制采用了移位控制方式。同时模拟模块也进行了功能划分并对积分器运放、buffer,BGR进行了仿真分析。3、对非制冷红外焦平面读出电路进行了整体仿真,估算整个芯片的功耗以及验证电路的扫描方式为逐行逐列扫描。给出了读出电路版图的整体布局图,进行了时钟树综合,并采用了中心时钟主干线方法;时钟信号在版图中的布线采用了从数字电路版图中间输入并走等长线的方法,保证了时钟信号到达各级寄存器的延时相等。详细说明了数字模块的版图设计,整个读出电路版图通过了DRC、ERC,LVS验证,芯片版图总面积为16.13mm×16.22mm。

关键词：非制冷红外焦平面读出电路大阵列高帧频非均匀性