一种大面阵制冷红外探测器读出驱动及处理电路的制作方法

1.本实用新型涉及红外探测器地处驱动处理电路设计领域，具体是指一种大面阵制冷红外探测器读出驱动及处理电路。


背景技术：

2.制冷型红外探测器相较非制冷红外探测器，因其红外焦平面组件封装在保持低温制冷的杜瓦瓶内，表面热量得到很好的控制，使其能够长时间执行对场景精确观察而不出现因红外焦平面发生温漂导致观测不准的现象。这种优点使得制冷型红外探测器在长时间外野工作中具有更高的使用优先级，但也正是由于这种制冷的封装结构，使得器件造价昂贵。制冷型红外探测器整体封装体积较大，其内部封装有斯特林制冷机和杜瓦真空环境低温腔体，其输出的数字信号和模拟信号均以多个针脚的形式向外部输出，因此需要一种称为引线环的近贴电路设计用以承载输出信号，但是由于制冷型红外探测器的模拟信号电流驱动能力较弱，极易受到信号干扰，因此目前可见公布的绝大部分制冷型红外探测器驱动设计中，引线环与主处理电路板之间均设计成刚性pcb和柔性pcb一体化的结构，尽可能减少使用接插件带来的多次插拔后可靠性下降及信号干扰问题。图1中1代表斯特林制冷机，2代表主处理板，3代表挡片，4代表引线环刚性pcb，5代表杜瓦低温真空腔体，6代表制冷机驱动板，7代表引线环柔性pcb。
3.但是这样的设计存在几个缺陷：1.未考虑整机的易更换性，若引线环损坏则连带主板也要一起更换，无法单独更换；2.刚柔性pcb结合的制作工艺大大提高了生产成本和设计难度，柔性pcb的尺寸需要严格控制，过长会导致弯折应力过大，长期使用中存在损坏的隐患，过短则无法正常安装，导致设计失败。3.随着制冷型红外探测器的应用意义日益提升，目前更多的厂商推出了大面阵的制冷型红外探测器，这些探测器即使面阵相同，输出引脚数量和定义也并不完全相同，无法做到一款引线环适配所有探测器，因此采用刚柔一体化的设计均为唯一订制，若要搭配不同品牌的制冷型红外探测器则需要引线环和主处理板一起制作，成本随之提高，生产效率下降。4.目前的大面阵制冷型红外探测器通常含有8个模拟输出通道，可由用户控制使用4个通道输出和8个通道输出两种模式，而目前的技术中未见可自由切换输出通道模式的设计，设计灵活性不高。
4.目前同类技术的典型代表可参考《一种红外探测器的驱动电路结构》(授权号：cn201821411412.4)，其中公开了一种刚柔性pcb结合的引线环设计，其主要缺陷和不足如上节中描述。该技术针对上述缺陷已经完成了一定的细微改良，即，其将引线环的柔性pcb从主处理板中独立出来，以接插小板的形式连接到主处理板上，如图2。这在一定程度上缓解了柔性pcb因长度需要严格度量以免引起应力过大的问题，但是图示中该种接插小板由于体积很小针脚很秘，导致连接可靠性下降，实为一种妥协之举。
5.综上所述，本实用新型提出实用新型了一种刚柔分离的引线环设计读出驱动方式，具有高可靠性和信号抗干扰性，同时实现了一种可灵活切换输出模式的信号处理方式，不仅可以在最节省成本的前提下实现不同品牌制冷型红外探测器的快速匹配，同时可以自
动根据输出模式切换适配，方便易用。


技术实现要素：

6.针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本实用新型提供一种大面阵制冷红外探测器读出驱动及处理电路。
7.本实用新型采取的技术方案如下：本实用新型是一种大面阵制冷红外探测器读出驱动及处理电路，包括制冷探测器、半环驱动和自适应通道选通设计，所述半环驱动连接设于制冷探测器上，所述自适应通道选通设计连接设于半环驱动上，所述半环驱动包括引线环pcb、软排线接插件、高速信号管脚、供电电压管脚和环绕地铜，所述软排线接插件设于引线环pcb上，所述高速信号管脚设于引线环pcb上且与软排线接插件连接，所述供电电压管脚设于引线环pcb上且与软排线接插件连接，所述环绕地铜设于pcb上且位于高速信号管脚两侧。
8.只有在引线环和主处理板完全独立的前提下，才可以实现当需要使用不同品牌的制冷型红外探测器时，仅仅快速的单独更换引线环电路板即实现适配过程。但是之前分析到，分离式的设计容易造成信号干扰，软排线接插件具有自锁紧功能，连接软排线后可承受60n的拉拽，安全牢固，同时，为了防治信号干扰，红外探测器每个关键信号走线周围都用4mil的地铜进行环绕包覆，因为引线环尺寸受限，所以小面积上高频信号通过磁力线圈效应会对探测器模拟信号产生磁性耦合干扰，在电路板走线布线时，将每个探测器模拟输出信号设置为7mil走线线宽，并在走线两侧间距8mil的宽度内分别平行用地走线包覆当前的模拟输出信号，将每个关键高速信号和模拟信号均进行包覆可以有效隔绝磁力线之间的相互耦合，从而最大程度的降低引线环pcb上产生信号干扰的情况，由于awm20624-80c软排线本身兼具屏蔽性能，因此可充分保证即使采用分离设计的引线环电路板不会出现信号降质情况，并且拆卸快速，安装灵活，一旦需要使用不同品牌的制冷型红外探测器时，只需要单独更换引线环即可完成适配工作，不仅节省了硬件成本，同时加快了换装工作。
9.进一步地，所述自适应通道选通设计包括选通电路和adc芯片，所述选通电路连接设于制冷探测器上，所述adc芯片连通设于选通电路上。
10.进一步地，所述adc芯片上连接设有fpga。
11.探测器输出的8路模拟信号并未直接连接至adc芯片进行模数转换过程，而是首先经过一选通电路后再送至adc芯片中，同时，由fpga完成对探测器输出通道模式的设置切换，选通电路工作模式的切换和对adc芯片工作模式的控制。这其中，根据探测器的工作原理，其工作在4通道输出或8通道输出中的某一种方式下可通过配置探测器端的nbout信号决定，选通电路采用bl1551模拟选通芯片，根据制冷型红外探测器的工作机理，当选择4通道工作模式时，5-8四个通道上将停止输出信号，转而将信号移到1-4通道上输出，相应的则会延长1-4通道上的输出长度并且主时钟频率也将有所调整。选通时将5-8通道模拟输出接上4个bl1551模拟选通芯片，该芯片的en控制管脚均连接至fpga芯片，工作时，当用户通过fpga配置探测器为4通达输出时，程序则自动将4个en信号停止使能，关断掉5-8位的输出，这样adc芯片只能接收到4个模拟通道的信号。adc芯片也需要进行相应的工作模式调整，本实用新型采用的adc芯片是bl9653芯片，该芯片可同时接收4路模拟输入和4路数字输出，这4路数字输出每路均可由两对差分通道，即d1+/d1-和d0+/d-协同输出。因此在8通道工作模
式中，将1-4路模拟信号接给一枚9653芯片，将5-8路模拟信号接给另一枚9653芯片，由于在8路模拟通道模式下，模拟信号的输出时钟主频较4路通道模式较慢，因此此时adc芯片通过fpga配置为单差分通道输出模式，即仅由每路数字输出的d1+/d1-输出数字信号，而一旦切换为4路模拟通道模式后，由于每路通道上的信号增多，时钟主频加快，因此adc同步由fpga控制切换为双差分通道工作模式以增大输出带宽。选通电路的设计，可以有效的解决制冷型红外探测器设计过程中目前尚没有的板级通道自适应适配过程，更加方便用户对探测器的多种工作模式进行切换使用而不增加硬件成本。
12.优选地，所述软排线接插件为a10002-wp系列
13.采用上述结构本实用新型取得的有益效果如下：针对目前大面阵制冷型红外探测器驱动电路中存在的设计缺陷和处理电路的不灵活性，设计并提出了一种新型驱动电路和处理电路设计方式，该方式不仅可以实现对制冷型红外探测器微弱输出信号易受干扰的问题进行很好的预防，灵活搭配多品牌的不同探测器组件；同时可以非常灵活的实现探测器自适应输出通道模式匹配。
附图说明
14.图1为本实用新型提出的一种大面阵制冷红外探测器读出驱动及处理电路的常见制冷型红外探测器外围结构示意图；
15.图2为本实用新型提出的一种大面阵制冷红外探测器读出驱动及处理电路同类产品技术示意图；
16.图3为本实用新型提出的一种大面阵制冷红外探测器读出驱动及处理电路整体流程图；
17.图4为本实用新型提出的一种大面阵制冷红外探测器读出驱动及处理电路的半环驱动的图；
18.图5为本实用新型提出的一种大面阵制冷红外探测器读出驱动及处理电路中软排线接插件的结构示意图；
19.图6为本实用新型提出的一种大面阵制冷红外探测器读出驱动及处理电路中自适应通道选通设计示意图。
20.其中，1、斯特林制冷机，2、主处理板，3、挡片，4、引线环刚性pcb，5、杜瓦低温真空腔体，6、制冷机驱动板，7、引线环柔性pcb，8、引线环pcb，9、软排线接插件，10、高速信号管脚，11、供电电压管脚，12、环绕地铜。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定
的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
23.如图3～图6所示，本实用新型是一种大面阵制冷红外探测器读出驱动及处理电路，包括制冷探测器、半环驱动和自适应通道选通设计，所述半环驱动连接设于制冷探测器上，所述自适应通道选通设计连接设于半环驱动上，所述半环驱动包括引线环pcb8、软排线接插件9、高速信号管脚10、供电电压管脚11和环绕地铜12，所述软排线接插件9设于引线环pcb8上，所述高速信号管脚10设于引线环pcb8上且与软排线接插件9连接，所述供电电压管脚11设于引线环pcb8上且与软排线接插件9连接，所述环绕地铜12设于pcb上且位于高速信号管脚10两侧；所述自适应通道选通设计包括选通电路和adc芯片，所述选通电路连接设于制冷探测器上，所述adc芯片连通设于选通电路上；所述adc芯片上连接设有fpga。
24.具体使用时：半环驱动连接制冷探测器，并将信号送给自适应通道选通设计，只有在引线环和主处理板完全独立的前提下，才可以实现当需要使用不同品牌的制冷型红外探测器时，仅仅快速的单独更换引线环电路板即实现适配过程，选通电路的设计，可以有效的解决制冷型红外探测器设计过程中目前尚没有的板级通道自适应适配过程，更加方便用户对探测器的多种工作模式进行切换使用而不增加硬件成本。
25.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
26.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
27.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。