一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路，包括基准源、D/A转换器、跟随器输出电路和分压及跟随器驱动电路；基准源对输入的电压信号稳压后分为五路：一路作为D/A转换器的参考源，另两路分别通过跟随器输出电路跟随输出，作为探测器读出电路的模拟电源偏压和CMOS数字电路电源偏压；剩下两路经分压及跟随器驱动电路进行分压后再跟随输出；D/A转换器的参考源由基准源提供，数模转换的数据由外部处理器传送。本发明的电路体积小，工作温度范围宽，环境适应性强；偏置电压数量多，共产生五路偏压，可兼容国内外探测器的不同要求；D/A转换器输出电压可在线调整，另两路偏置电压可外部调整，使用灵活；驱动能力强。
【专利说明】
一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路
技术领域
[0001] 本发明属于红外探测器驱动电路设计技术领域，涉及一种混合集成的小型化多路 偏置电压产生电路。
【背景技术】
[0002] 在红外成像系统中，驱动探测器读出电路的偏置电压对于系统成像的对比度、清 晰度、稳定度起着关键作用。因而，系统对驱动电路偏置电压的精度、稳定度及全温范围的 一致性有很高的要求。同时，红外导引头往往空间狭小，系统对偏压电路的体积也有着比较 苛刻的要求。另外，由于红外成像系统所用的国内、外探测器工作电压的不同，也需要电路 能够提供相应的偏置电压。
[0003] 目前的偏压电路，在电路原理上，一般多是以基准电压源为基础，通过数字电位计 或是多路D/A转换器形成所需偏压，然后通过放大器进行驱动能力提升;在工艺结构上，多 为通过在PCB板上焊接分立器件而成。这些设计和结构，或多或少存在某方面的不足，如数 字电位计的精度不够高，而多路D/A转换器的体积较大。这样的电路，偏置电压在全温范围 的一致性、对不同探测器的兼容性、电路尺寸及环境适应性等方面不能很好的兼顾，往往不 能完全满足系统的要求。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，设计一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路，该电路 产生的偏压具有高精度、高稳定性及全温范围内的一致性。多路不同电压及相应驱动电路 设计使得电路能够兼容国内、国外探测器。采用混合集成工艺进行集成，大大减小了偏压电 路的体积，满足了系统对偏压电路小体积的要求。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为： 一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路，包括基准源、D/A转换器、跟随器输出 电路和分压及跟随器驱动电路； 高精度、低压差的基准源对输入的电压信号进行精确稳压后分为五路:一路作为D/A转 换器的参考源，另有两路分别通过跟随器输出电路跟随输出，作为探测器读出电路的模拟 电源偏压和CMOS数字电路电源偏压;剩下两路经分压及跟随器驱动电路进行分压后再跟随 输出； D/A转换器的参考源由基准源提供，数模转换的数据由外部处理器传送。
[0006] 跟随器输出电路采用低噪声、轨对轨放大器。所述轨对轨放大器的输入失调电压 最大为65μν，失调电压温漂最大4.5yV/°C。
[0007] 分压及跟随器驱动电路包括低温漂、高精度的第一电阻、第二电阻构成的分压器 和放大器;第一电阻、第二电阻的分压电压输入至放大器的正相输入端，放大器的输出端反 馈至放大器的负相输入端。
[0008] 分压器中的电阻均采用±0.1%精度、5ppm/°C温度系数的电阻。
[0009] 采用LTCC基板及一体化封装工艺实现电路的小型化。LTCC基板材料选用Dupont生 瓷，基板层数共29层。为实现双面组装的目的，基板背面的第01~第22层设计为带台阶的空 腔，空腔内可以像基板正面一样用来安装表贴器件，以提高电路的集成度，同时为半气密性 陶瓷封装提供粘接面。采用丝网印刷技术将引脚印刷在基板的底部，利用金属化通孔与基 板内层的信号线互连，通过金属化侧连印刷技术将引脚连接到基板的侧壁，完成引脚制作。 最后，采用共晶焊工艺实现金属围框与LTCC基板的物理连接;采用充氮气平行缝焊技术实 现电路正面部分的气密性封装。基板背面的腔体内组装有塑封器件、片式电阻、片式电容等 器件，采用陶瓷封装实现半气密性封装。基板四周设计24个方形焊区实现电路引出端的引 出。
[0010] 本发明的优点是： 1、 体积小，工作温度范围宽，环境适应性强，集成后电路外形尺寸为12 · 0mm X 12 · 0mm， 工作温度范围_55°C~125°C ; 2、 偏置电压数量多，共产生五路偏压，使得电路可以兼容国内、国外探测器的不同要 求； 3、 D/A转换器输出电压可在线调整，另两路偏置电压可外部调整，使用灵活； 4、 驱动能力强，可直接驱动负载，无需另加驱动电路。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路的原理框图。
[0012] 图2是本发明一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路的基准源电路图。
[0013] 图3是本发明一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路的跟随器输出电路 图。
[0014] 图4是本发明一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路的分压及跟随器驱动 电路的电路图。
[0015] 图5是本发明一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路的D/A转换器输出电 路的电路图。
【具体实施方式】
[0016] 以下结合附图，详细说明本方案的实施方式。
[0017] 由图1所示，本发明一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路，包括基准稳压 源电路1、跟随输出模拟电压2、跟随输出数字电压3、电压设定4、电压设定5、跟随输出6、跟 随输出7和D/A转换器输出电路8等部分组成。
[0018] D/A转换器的参考源由基准源提供，数模转换的数据由外部处理器传送。
[0019]由图2所示，基准稳压源电路由基准源N1和输入、输出滤波电容C1、C2组成。基准源 N1的输入端VIN经输入滤波电容C1接地，基准源N1的输出端V0UT输出的电压OUT 1分为五路， 同时经输出滤波电容C2接地。由于输入电源电压为6V，且基准源输出电压精度直接决定后 级输出电压精度，因而，基准源的选取非常关键，本发明选取低压差、高精度、温漂系数低的 基准电压源，其主要参数为：10mA输出电流条件下，最大输入/输出压差为450mV; +5V输出电 压精度±0.05%;输出电压温度系数典型值为3ppm/°C，最大值10ppm/°C。
[0020] 基准稳压源初始值为（5000± 5000 X 0 · 05%)mV，gp (5000 ± 2 · 5)mV，温度系数最大 值1 Oppm/°C。所以，在-55 °C~125 °C全温范围内，基准源输出的最大的负偏差出现在温度 为-55 °C处，此时最小的基准源输出值为： (5000-2·5)-[(5000-2·5)X(55+25)X10ppm]=4993·5mV。
[0021 ]基准源输出的最大的正偏差出现在温度为125 °C处，此时最大的基准源输出值为： (5000+2·5)+[(5000+2·5)X(125-25)X10ppm]=5007·5mV。
[0022] 即在-55°C~125°C全温范围内，基准源输出在4993.5mV~5007.5mV之间。
[0023] 由图3所示，跟随器输出电路由高性能的轨对轨运算放大器N5A构成。其输入失调 电压最大为65μν，失调电压温漂最大4.5μν/Γ，因而放大器本身输出信号全温误差不会超 过0.515mV。
[0024] 由图4所示，分压及跟随器驱动电路是由电阻R1、R2构成的分压器和放大器N4A两 部分组成。电阻R1、R2的分压电压输入至放大器N4A的正相输入端，放大器N4A的输出端0UT3 反馈至放大器N4A的负相输入端。分压器选±0.1%精度、5ppm/°C温度系数的电阻。由于分压 电阻具有相同的温度系数，因而分压值不受温度的影响，在全温范围内，分压器的精度为土 0.1%。为了实现更灵活的使用，本发明的分压器中心点均从电路中引出，通过外部并联电 阻，可以得到更多的偏压值。
[0025]由图5所示，D/A转换器输出电路由需外部提供基准电压、三线式高速串行接口及 带载能力强的16位D/A转换器N3构成。对于参考电压Vref=5V而言，1LSB对应的模拟输出电 压为：
因而，其输出初始误差可以忽略。事实上，对于本发明而言，D/A转换器的误差主要由增 益温度系数、失调误差温度系数、基准电压温度偏差等引起。经计算，这些误差对输出的影 响不超过±2mV。
[0026]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路，其特征是，包括基准源、D/A转换器、 跟随器输出电路和分压及跟随器驱动电路； 基准源对输入的电压信号进行稳压后分为五路:一路作为D/A转换器的参考源，另有两 路分别通过跟随器输出电路跟随输出，作为探测器读出电路的模拟电源偏压和CMOS数字电 路电源偏压;剩下两路经分压及跟随器驱动电路进行分压后再跟随输出； D/A转换器的参考源由基准源提供，数模转换的数据由外部处理器传送。2. 根据权利要求1所述的一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路，其特征是，跟 随器输出电路采用轨对轨放大器。3. 根据权利要求2所述的一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路，其特征是，所 述轨对轨放大器的输入失调电压最大为65μν，失调电压温漂最大4.5yV/°C。4. 根据权利要求1所述的一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路，其特征是，分 压及跟随器驱动电路包括第一电阻、第二电阻构成的分压器和放大器;第一电阻、第二电阻 的分压电压输入至放大器的正相输入端，放大器的输出端反馈至放大器的负相输入端。5. 根据权利要求4所述的一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路，其特征是，分 压器中的电阻均采用±0.1%精度、5ppm/°C温度系数的电阻。6. 根据权利要求1所述的一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路，其特征是，混 合集成的小型化多路偏置电压产生电路采用LTCC基板进行一体化封装工艺实现小型化。7. 根据权利要求1所述的一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路，其特征是， LTCC基板材料选用Dupont生瓷，基板背面的第01~第22层为带台阶的空腔，空腔内用来安 装表贴器件;采用丝网印刷将引脚印刷在基板的底部，利用金属化通孔与基板内层的信号 线互连，通过金属化侧连印刷将引脚连接到基板的侧壁，完成引脚制作。8. 根据权利要求1所述的一种混合集成的小型化多路偏置电压产生电路，其特征是，采 用共晶焊工艺实现金属围框与LTCC基板的物理连接;采用充氮气平行缝焊技术实现电路正 面部分的气密性封装。
【文档编号】G01J5/02GK106092330SQ201610686406
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月18日 公开号201610686406.9, CN 106092330 A, CN 106092330A, CN 201610686406, CN-A-106092330, CN106092330 A, CN106092330A, CN201610686406, CN201610686406.9
【发明人】李有池, 李贵娇, 薛俊, 张家祎, 高加林
【申请人】北方电子研究院安徽有限公司