专利名称：一种用于红外成像探测器的低噪声数控偏置电压产生电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电压产生电路，特别是涉及一种用于红外成像探测器的低噪声数控偏置电压产生电路。
背景技术：
近年来随着器件工艺的进步，红外探测器有了长足的发展，进而带动了红外成像 技术在国防与民用领域的广泛应用。根据红外探测器的工作原理，需要为其提供若干路 偏置电压。这些偏置电压有两个特点1)偏置电压的噪声要求很严格，噪声必须控制在很 低的水平；2)几路偏置电压中既有固定电压值的，也有对于不同红外探测器具有不同电压 值的。以某型红外探测器为例，共需要4路偏置电压，其中2路偏置电压固定，2路偏置电 压随器件不同而不同，这4路偏置电压对噪声的要求均为2uV(lHz 1KHz)、5uV(1Hz IOKHz) U00uV(lHz IOMHz)。目前传统的偏置电压电路设计方法是，先由电压参考源电路产生符合要求幅值的 电压，然后经低噪声运算放大器处理，得到同时满足电压幅值和噪声要求的偏置电压。对 于需要根据不同探测器而设定不同幅值的偏置电压，通常的做法是在电路中设计有分压电 阻，结合运算放大器来实现对电压参考源电路输出电压的转换，再得到所需幅值的偏置电 压。上述这样的电路设计，虽然可以满足偏置电压的噪声要求和幅值要求，但是由于 低噪声运算放大器电路较复杂，且电阻分压的方式在实际电路调试过程中较麻烦，一旦确 定就无法实时调整，从而带来了电路设计复杂、占用电路板面积大、调整偏置电压幅值麻烦 等诸多不便之处，不利于实现红外探测器电路小型化和智能化的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、方便控制、具有非常低噪声的偏置电压产生 电路。为实现上述目的，本发明提供了一种低噪声数控偏置电压产生电路，所述电路接 收一外部数字信号，包括依次连接的数控电压产生单元、滤波单元以及驱动单元；其中所述数控电压产生单元，接收所述数字信号，用于产生所需要幅值的模拟电 压信号；其中所述滤波单元，用于对数控电压产生单元产生的电压信号进行滤波，以使得 到低噪声的电压信号；其中所述驱动单元，用于对滤波单元输出的低噪声电压信号进行放大，以使得到 高驱动能力的偏置电压。所述数控电压产生单元由一数模转换器及与数模转换器相连的外围器件组成。所述外围器件包括电容C1、C2、C3，电阻R1、R2 ；其中电容C1、C2、C3组成与数模转 换器相连的电源滤波电路；其中电阻R1、R2组成与数模转换器相连的上拉电路，所述数控电压产生单元通过所述上拉电路接收一外部数字信号。所述数控电压产生单元同时输出多路具有不同幅值的独立电压信号。所述滤波单元为一低通滤波器。
所述驱动单元为一低噪声的运算放大器，所述运算放大器的反相输入端与滤波电 路的输出端相连，所述运算放大器的正相输入端与所述运算放大器的输出端相连。由上述技术方案可知，本发明与现有技术中完全采用模拟器件的方法不同，而是 采用模数混合的电路设计方法，既具有数字电路控制灵活的特点，也具有模拟电路超低噪 声的性能，并且结构非常简单。本发明能够实时根据红外探测器的需要来提供不同幅值的 偏置电压，从而更方便更灵活地应用在红外探测器中。通过以下参照附图对优选实施例的说明，本发明的上述以及其它目的、特征和优 点将更加明显。
图1为本发明的电路结构框图；图2为本发明的一个实施例的电路结构原理图。
具体实施例方式下面将详细描述本发明的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例 说明，并不用于限制本发明。本发明电路主要应用在红外探测器上，该电路由数控电压产生单元、滤波单元和 驱动单元组成。如图1所示，该数控电压产生单元接收一外部控制单元的数字信号，输出所 需要幅值的电压信号VI，由于数控电压产生单元的特性，输出的电压信号Vl上的噪声超过 了红外探测器偏置电压所要求的噪声水平；这个带有较大噪声的电压信号Vl经过滤波单 元后，滤除了绝大部分噪声，得到符合红外探测器偏置电压要求的低噪声水平的电压信号 V2 ；由于经过滤波单元的电压信号V2驱动能力很小，所以需要再经一级驱动单元以增强信 号的驱动能力。最终经过上述三级电路得到了提供给红外探测器的偏置电压Vbias。 下面结合一个具体实施例来说明本发明的电路结构，如图2所示，本发明的电路 包括数控电压产生单元101、滤波单元102、驱动单元103。所述数控电压产生单元101主要由一个数模转换器DAC(Digital-Analog Converter,即DAC)集成电路及其外围电路器件组成，所述外围电路器件包括电容Cl、C2、 C3，以及电阻R1、R2。优选地，所述DAC集成电路可以同时输出4路独立电压，每一路输出电 压都具有10位的分辨率，OV +5V的电压范围，5mV的输出精度。电容C1、C2、C3组成电源 滤波电路与DAC集成电路相连，Cl、C2并联在DAC电源与地之间可以减小DAC电路电源噪 声，C3并联在DAC参考源和地之间可以减小DAC参考源噪声。电阻R1、R2组成上拉电路与 外部控制单元的数字串行通信总线相连，保证外部控制单元能够输出数字配置信号给DAC 集成电路。这里所述外部控制单元可以是单片机或者DSP等任意一种能够配置数模转换器 的器件，所述外部控制单元按照事先规定好的通信协议经过数字串行通讯总线输出数字控 制信号，来对DAC集成电路的内部寄存器进行配置从而使其输出所需幅值的电压信号。所述滤波单元102是由电阻R3、电容C4、C5组成，这是一个典型的低通滤波器，从数控电压产生电路输出的电压信号经过这个滤波器后，绝大部分噪声被滤掉，从而达到偏 置电压所要求的苛刻的电压噪声指标。所述驱动单元103由一个低噪声运算放大器构成，由于从滤波单元出来的电压信 号的驱动能力很小，无法直接驱动红外探测器电路，所以必须对其进行驱动处理。滤波单元 输出的电压信号接运算放大器的反相输入端，运算放大器的正相输入端与运算放大器的输 出端相连，从而实现一个典型的驱动电路功能。由于来自滤波单元的电压信号本身就是很 低噪声的信号，为了不在驱动单元这一级引入更多的噪声，因此在设计驱动单元时必须选 用具有超低噪声的运算放大器。由于本发明电路中由于在运放之前的电路已经把噪声控制 的很好，所以这里的运放电路搭建非常简单，无需外部元器件，相对于现有技术中的运放电 路来说，现有技术中的运算放大器需要同时完成降噪和驱动的功能，故而需要一些分立元 器件与运放一起搭建电路，结构非常复杂。实际测量数据表明，本发明的低噪声数控偏置电压产生电路提供的电压信号 在噪声指标上完全满足红外探测器的要求，即2uV(lHz IKHz)、5uV(IHz IOKHz)、 100uV(lHz IOMHz)。 本发明的电路设计思想与传统低噪声偏置电压电路的设计思想有很大不同，摈弃 了完全采用模拟元器件的设计方法，改用模数混合电路设计方法，既具有数字电路控制灵 活的特点，也具有模拟电路超低噪声的性能。基于当前集成电路的超大集成规模，DAC集成 电路和驱动电路都可以方便的选用到性能指标好、集成度高的芯片，使得整体电路结构简 单，占用电路板面积小。例如，可以选用具有4路输出的DAC集成电路和集成了 4个低噪声 运算放大器的集成电路，这样一来仅需要2个芯片、6个电阻和10个电容就能够得到可实时 任意配置的4路低噪声偏置电压了。能够实时配置低噪声偏置电压，既方便了红外探测器 电路的调试，也为红外探测器的应用提供了更大的灵活性和拓展性。虽然已参照上述实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、 而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所 以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范 围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要 求所涵盖。
权利要求
一种用于红外成像探测器的低噪声数控偏置电压产生电路，其特征在于，所述电路包括依次连接的数控电压产生单元、滤波单元以及驱动单元；其中所述数控电压产生单元，接收一外部数字信号，用于产生所需要幅值的模拟电压信号；其中所述滤波单元，用于对数控电压产生单元产生的电压信号进行滤波，以使得到低噪声的电压信号；其中所述驱动单元，用于对滤波单元输出的低噪声电压信号进行放大，以使得到高驱动能力的偏置电压。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述数控电压产生单元由一接收外部数 字信号以生成所需幅值的模拟电压信号的数模转换器及与数模转换器相连的外围器件组 成。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述外围器件包括电容C1、C2、C3，电阻 Rl、R2 ；其中电容CI、C2、C3组成与数模转换器相连的电源滤波电路；其中电阻Rl、R2组成 与数模转换器相连的上拉电路，所述数控电压产生单元通过所述上拉电路接收所述的外部数字信号。
4.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述数控电压产生单元同时输出多路 具有不同幅值的独立电压信号。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述滤波单元为一低通滤波器。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述驱动单元为一低噪声的运算放大器， 所述运算放大器的反相输入端与滤波电路的输出端相连，所述运算放大器的正相输入端与 所述运算放大器的输出端相连。
全文摘要
本发明公开了一种用于红外成像探测器的低噪声数控偏置电压产生电路，包括依次连接的数控电压产生单元、滤波单元以及驱动单元，所述数控电压产生单元接收一外部数字信号以产生所需要幅值的电压信号，然后再经过滤波单元的滤波和驱动单元的放大，最后得到低噪声的偏置电压。本发明电路结构简单，控制灵活，能够实时输出不同幅值的电压，更方便更灵活地应用在红外探测器中。
文档编号G01J5/10GK101858787SQ20091013481
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者冯涛, 雷述宇 申请人:北京广微积电科技有限公司