一种高信噪比红外探测器ADC采样电路的制作方法

本发明属于信号处理技术，涉及一种高信噪比红外探测器ADC采样电路。

背景技术：

由于红外探测器输出模拟电压的特殊性，需要一种适合于红外探测器的ADC采样电路，而采样电路的设计决定着红外成像组件的探测器距离和识别距离，该高信噪比ADC采样电路具有噪声低、体积小、接口处理方便等优点，可以在宽温(-55℃～+70℃)条件正常工作，并且不需要任何加温措施。可广泛的用于航空、航天等领域，具有很强的功能可扩展性。

技术实现要素：

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高信噪比红外探测器ADC采样电路。

技术方案

一种高信噪比红外探测器ADC采样电路，其特征在于包括信号阻抗匹配单元、电平匹配单元、滤波单元、ADC转换单元、数字处理单元和电源单元；信号阻抗匹配单元为信号的输入端，其输出端连接电平匹配单元，电平匹配单元输出端连接ADC转换单元，电源单元的电源输出端连接各单元的电源输入端；所述阻抗匹配单元采用凌特公司的LT1807IS6芯片；所述电平匹配单元采用ADI公司的AD8138ARM芯片；所述ADC转换单元采用凌特公司的LT2270芯片；所述数字处理单元是FPGA输出连接视频解码芯片；信息处理过程：红外探测器输出的模拟信号经过信号阻抗匹配单元、信号电平匹配单元、滤波单元、ADC转换单元后，FPGA接收ADC转换单元输出的数字信号进行格式整理，然后送给视频解码芯片进行编码，输出Camera Link格式数据。

所述采用凌特公司的LT1807IS6芯片的信号阻抗匹配单元包括LT1807IS6芯片U1及外围电路；R2、C7和R3的T型电路组成U1正输入端电路，R2取值为50Ω～200Ω，与前端传感器做阻抗匹配；R3取值为51Ω，与U1的输入级做匹配；C2、C3、C4和C10、C11、C13组成的去耦电路；C17和R13并联跨接在U1的负输入端与输出端，U1输出端串联R6输出信号。

所述采用ADI公司的AD8138ARM芯片的电平匹配单元包括AD8138ARM芯片U2及外围电路；OUT1输入信号通过R7连接U2正输入端，R5与R7并联接地；C12与U2端口9连接；V_DIFF信号通过R10连接U2负输入端，C15、C16与R10并联接地；电阻B1、C5、C6组成滤波去耦电路与U2端口V+连接，L3、C18、C19组成滤波去耦电路与U2端口V-连接；R15与C22并联后跨接U2负输入端和正输出端，R1与C1并联后跨接U2正输入端和负输出端。

所述滤波单元：输入信号模拟差分信号OUT1+、OUT1-，分别经过R4、R14后与L1、L4相连接，端口12和13之间连接C8、C20，C8和C20通过端口14接地。信号通过L1、L4后与L2、L5连接，L2输出端接C9、R8，C9与R9连接，L5输出端接C21、R12，C21与R11连接，R9、R8和R11、R12通过端口15接地。

所述FPGA采用altera公司生产的EP3C25U256I7芯片。

所述视频解码芯片采用DS90CR285芯片。

有益效果

本发明提出的一种高信噪比红外探测器ADC采样电路，包括信号阻抗匹配单元、信号电平匹配单元、滤波单元、ADC转换单元、数字信号转换单元、电源单元组成。冷型长波红外探测器输出的模拟电压通过单端运算放大器进行阻抗匹配，减小传输线的对信号的损失，然后在经过差分运算放大器进行电平匹配，经过滤波单元降低噪声，使探测器的输出的模拟电压可以被高带宽且高信噪比的ADC进行采样，ADC输出的数据传输至FPGA后变换成Camera Link格式输出；电源单元为其它单元提供所需的电源。

本发明具有以下优点和好处：一种高信噪比红外探测器ADC采样电路设计，可以达到高达78dB的信噪比转换，可以在宽温(-50°～+70°)条件下正常工作，可以实现Camera Link格式数据输出，环境适应能力强，应用范围广。

附图说明

图1：高信噪比红外探测器ADC采样电路设计组成框图

图2：阻抗匹配单元

图3：电平匹配单元

图4：滤波电路

图5：ADC转换单元

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

阻抗匹配单元主要采用凌特公司的LT1807IS6进行红外探测器输出的模拟信号进行阻抗匹配，包括LT1807IS6芯片U1及外围电路；R2、C7和R3的T型电路组成U1正输入端电路，R2取值为50Ω～200Ω，与前端传感器做阻抗匹配；R3取值为51Ω，与U1的输入级做匹配；C2、C3、C4和C10、C11、C13组成的去耦电路；C17和R13并联跨接在U1的负输入端与输出端，U1输出端串联R6输出信号。

其互联特性见图2所示。

采用R2为50Ω～200Ω的碳膜电阻，精度为1％，其目的是为了与前端传感器做阻抗匹配使用。

采用C7为5pF～13pF的陶瓷电容，精度为1％，其目的是为了减少前端传感器输出信号的稳定时间。

采用R3为51Ω的碳膜电阻，精度为1％，其目的是为了与U1的输入级做匹配。

采用R13为510Ω的碳膜电阻，精度1％；采用R6为4.7欧姆的碳膜电阻，精度为1％；采用C17为5.6pF的陶瓷电容，精度为1％；R13、R6与C17组成滤波电路，其目的是为了使信号输出收敛。

C2、C3、C4和C10、C11、C13组成的去耦电路，其值分别为0.1uF、0.01uF、2.2uF，其目的是U1的供电更加稳定。

采用凌特公司的LT1806IS6运算放大器。

输出OUT1与图中R7互联。

所述电平转换单元采用ADI公司的AD8138ARM芯片U2及外围电路，使其满足后级ADC的输入电压范围。

OUT1输入信号与R5、R7连接，R5取值为75Ω，R7取值为2KΩ，R7与R1、C1连接，R1取值为3.6KΩ，精度为1％，C1取值为3.6pf，R10、R15、C22是R7、R1、C1的反向路径，取值与R7、R1、C1相等，C12与U2端口9连接，取值为0.1uf，C15、C16与R10连接，取值分别为10uf、0.1uf。电阻B1、C5、C6组成滤波去耦电路与U2端口V+连接，取值分别为600Ω、10uf、0.1uf。L3、C18、C19组成滤波去耦电路与U2端口V-连接，取值分别为600Ω、10uf、0.1uf。

所述滤波单元见图4所示：

输入信号模拟差分信号OUT1+、OUT1-，分别经过R4、R14后与L1、L4相连接，端口12和13之间连接C8、C20，C8和C20通过端口14接地。信号通过L1、L4后与L2、L5连接，L2输出端接C9、R8，C9与R9连接，L5输出端接C21、R12，C21与R11连接，R9、R8和R11、R12通过端口15接地。其中R4、R14、R9、R11取值为24.9Ω，精度为1％；L1、L2、L4、L5取值为50nH；C8、C20、C9、C21取值为50pF，精度为1％；R8、R12取值为150Ω；目的在于使输出信号带宽为55MHz，在可控的带宽范围内。

所述ADC转换单元主要采用凌特公司的LT2270完成高信噪比的ADC转换：

C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30与U3端口1、16、17、64连接，起去耦滤波作用，取值为1nf～0.1uf不等，C31、C32、C33、C34、C35、C36、C37、C38与U3端口42连接，起去耦滤波作用，取值为1nf～0.1uf不等，C39与U3端口62连接，取值为2.2uf，R16、C40与U3端口63连接，取值为0Ω和1uf，C41与U3端口2连接，取值为1uf；U4端口5、6、7、8起去耦滤波作用，取值为1nf～0.1uf不等分别与U3端口7、8、9、10连接，C42和C43分别与U4端口2、3连接，取值为1uf，U4器件型号为LLA219C70G225M，C44与U3端口15连接，取值为1uf,C46和C47与U3端口19、18连接，取值为0.1uf，R17取值为100Ω和C46、C47连接。R19与U3端口11连接，取值为0Ω。

所述数字视频单元主要由altera公司生产的EP3C25U256I7(FPGA)芯片与视频解码芯片DS90CR285配合完成。FPGA接收ADC转换单元输出的数字信号进行格式整理，然后送给DS90CR285芯片进行编码，输出Camera Link格式数据。

所述电源单元采用开关电源和线性电源，将输入的+5V电压转换为各个单元所需的电压。

连接关系：信号阻抗匹配单元为信号的输入端，其输出端连接电平匹配单元，电平匹配单元输出端连接ADC转换单元，电源单元的电源输出端连接各单元的电源输入端；所述阻抗匹配单元采用凌特公司的LT1807IS6芯片；所述电平匹配单元采用ADI公司的AD8138ARM芯片；所述ADC转换单元采用凌特公司的LT2270芯片；所述数字处理单元是FPGA输出连接视频解码芯片；

信息处理过程：红外探测器输出的模拟信号经过信号阻抗匹配单元、信号电平匹配单元、滤波单元、ADC转换单元后，FPGA接收ADC转换单元输出的数字信号进行格式整理，然后送给视频解码芯片进行编码，输出Camera Link格式数据。