一种红外探测器在轨偏置电压产生电路的制作方法

本发明涉及一种红外探测器在轨偏置电压产生电路，特别是一种基于红外探测器的在轨可调偏置电压产生电路，属于电路设计。

背景技术：

1、红外探测器由于隐蔽性好、环境适应性强等优点，尤其是夜间和恶劣气候下的功能能力远远高于可见光，被广泛的应用在航天遥感领域。红外探测器工作时需外部提供其必需的偏置电压，且随着红外探测器探测能力增强，探测灵敏度提高，对偏置电压的要求也愈发严格：1、对偏置电压的精度要求非常高，通常情况下偏差不超过50mv，个别偏置电压要求偏差不超过5mv；2、噪声要求高，一般偏置电压噪声不超过关键偏置电压噪声不超过3、部分偏置电压受背景环境、工作温度等影响，需要在轨对工作点进行调整，以达到最优成像效果。

2、目前，红外探测器偏置电压产生电路主要采用稳压基准电路+分压电路+运算放大器电路的方式，首先使用稳压基准电路产生一个基准电压，经分压电路进行分压后作为运算放大器电路的输入，经过运算放大器电路放大及扩流后输出偏置电压。经这种方式存在的主要问题是：1、分压电压由电阻串并联组成，受阻值及精度限制产生的分压偏差较大；2、分压电路及运算放大器电路一旦确定，分压电压与放大倍数固定不可在轨调整，灵活性较差，系统性能下降。

3、因此为了提高红外相机在轨成像质量，提高相机工作环境适应性，针对红外探测器偏置电压的特点，有必要提出一种红外探测器在轨可调偏置电压产生电路。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种红外探测器在轨偏置电压产生电路，能够根据在轨工作环境实时灵活调整红外探测器偏置电压。

2、本发明的技术解决方案是：

3、本发明公开了一种红外探测器在轨偏置电压产生电路，包括：现场可编程门阵列电路、数字模拟转换电路和偏压产生电路；其中，

4、现场可编程门阵列电路，产生一组串行数字信号给数字模拟转换电路；

5、数字模拟转换电路，将所述串行数字信号转换为模拟电压，输出给偏压产生电路；

6、偏压产生电路，将所述模拟电压转换为探测器所需的各种偏置电压。

7、进一步地，在上述偏置电压产生电路中，所述偏压产生电路，包括第一偏压产生电路、第二偏压产生电路、第三偏压产生电路和第四偏压产生电路；其中，第一偏压产生电路、第二偏压产生电路、第三偏压产生电路和第四偏压产生电路并行连接，输入端均与数字模拟转换电路的输出端连接，输出端为不同的偏置电压。

8、进一步地，在上述偏置电压产生电路中，所述现场可编程门阵列电路，包括fpga芯片u1、滤波电容c1、滤波电容c2、电阻r1、电阻r2和电阻r3；其中，fpga芯片u1的电源正端vcc通过并联到一起的滤波电容c1和滤波电容c2接地，电源负端vss接地；fpga芯片u1的信号输出端口通过电阻r1、电阻r2和电阻r3连接到数字模拟转换电路。

9、进一步地，在上述偏置电压产生电路中，所述数字模拟转换电路，包括数模转换器u2、电阻r4和电阻r5；其中，片选信号cs通过电阻r4接到电源vc，在现场可编程门阵列电路控制下，片选信号cs拉低使其使能，通过输入时钟信号clk对输入的串行数字信号si进行采集锁存并转换成模拟电压，生成的模拟电压通过电阻r5输出。

10、进一步地，在上述偏置电压产生电路中，所述第一偏压产生电路为跟随电路，包括运算放大器u3、电阻r6和电容c3；其中，数模转换器产生的模拟电压输入到运算放大器u3的同相输入端，运算放大器u3的反相输入端和输出端之间使用电阻r6连接，运算放大器u3的输出端输出偏置电压vo1，通过电阻电容c3接地。

11、进一步地，在上述偏置电压产生电路中，所述第二偏压产生电路为同相放大电路，包括运算放大器u4、电阻r7、r8、r9、r10和电容c4；其中，数模转换器产生的模拟电压输入到运算放大器u4的同相输入端，运算放大器u4的反相输入端和输出端之间并联电阻r7和r8，运算放大器u4的反相输入端通过并联在一起的电阻r9和r10接地，运算放大器u4的输出端使用电容c4接地。

12、进一步地，在上述偏置电压产生电路中，所述第三偏压产生电路为初始值为低的同相放大扩流电路，包括运算放大器u5、三极管t1、电阻r11、r12、r13、r14和电容c5；其中，数模转换器产生的模拟电压输入到运算放大器u5的同相输入端，运算放大器u5的输出端接三极管t1的基极，运算放大器u5的反相输入端和三极管t1的发射极之间并联电阻r11和r12，运算放大器u5的反相输入端通过并联在一起的电阻r13和r14接地，三极管t1的集电极连接外部电源，三极管t1的发射极的输出信号即为所述第三偏压产生电路的输出，同时三极管t1的发射极通过电容c5接地。

13、进一步地，在上述偏置电压产生电路中，所述第四偏压产生电路为初始为高的反相放大扩流电路，包括运算放大器u6、三极管t2、电阻r15、r16、r17、r18和电容c6；其中，数模转换器产生的模拟电压输入到运算放大器u6的同相输入端，运算放大器u6的输出端接三极管t2的基极，运算放大器u6的反相输入端接三极管t2的发射极，运算放大器u6的反相输入端通过并联在一起的电阻r17和r18接地，三极管t2的集电极通过并联在一起的电阻r15和r16连接外部电源，三极管t2的集电极的输出信号即为所述第四偏压产生电路的输出，同时三极管t2的集电极通过电容c6接地。

14、本发明与现有技术相比的优点在于：

15、(1)本发明采用灵活可靠的现场可编程门阵列电路作为控制核心生成串行数字信号作为输入提供给数模转换电路，经数模转换电路量化后输出一个模拟电压作为基准。现场可编程门阵列电路可在轨接收指令对串行数字信号进行调整，高精度、高分辨率数模转换电路可实现1mv内基准电压调整，大大提高在轨灵活性及精度。

16、(2)本发明采用低噪声、零漂移运算放大器作为偏置电压输出驱动，有效降低噪声及温度变化产生的影响。

17、(3)本发明采用低频三极管组成的扩流电路可以大大提高偏置电压驱动能力并实现对不同上电初始状态的控制。

技术特征：

1.一种红外探测器在轨偏置电压产生电路，其特征在于，包括：现场可编程门阵列电路、数字模拟转换电路和偏压产生电路；其中，

2.根据权利要求1所述的一种红外探测器在轨偏置电压产生电路，其特征在于：所述偏压产生电路，包括第一偏压产生电路、第二偏压产生电路、第三偏压产生电路和第四偏压产生电路；其中，第一偏压产生电路、第二偏压产生电路、第三偏压产生电路和第四偏压产生电路并行连接，输入端均为数字模拟转换电路的输出端连接，输出端为不同的偏置电压。

3.根据权利要求1所述的一种红外探测器在轨偏置电压产生电路，其特征在于：所述现场可编程门阵列电路，包括fpga芯片u1、滤波电容c1、滤波电容c2、电阻r1、电阻r2和电阻r3；其中，fpga芯片u1的电源正端vcc通过并联到一起的滤波电容c1和滤波电容c2接地，电源负端vss接地；fpga芯片u1的信号输出端口通过电阻r1、电阻r2和电阻r3连接到数字模拟转换电路。

4.根据权利要求3所述的一种红外探测器在轨偏置电压产生电路，其特征在于：所述数字模拟转换电路，包括数模转换器u2、电阻r4和电阻r5；其中，片选信号cs通过电阻r4接到电源vc，在现场可编程门阵列电路控制下，片选信号cs拉低使其使能，通过输入时钟信号clk对输入的串行数字信号si进行采集锁存并转换成模拟电压，生成的模拟电压通过电阻r5输出。

5.根据权利要求2所述的一种红外探测器在轨偏置电压产生电路，其特征在于：所述第一偏压产生电路为跟随电路，包括运算放大器u3、电阻r6和电容c3；其中，数模转换器产生的模拟电压输入到运算放大器u3的同相输入端，运算放大器u3的反相输入端和输出端之间使用电阻r6连接，运算放大器u3的输出端输出偏置电压vo1，通过电阻电容c3接地。

6.根据权利要求2所述的一种红外探测器在轨偏置电压产生电路，其特征在于：所述第二偏压产生电路为同相放大电路，包括运算放大器u4、电阻r7、r8、r9、r10和电容c4；其中，数模转换器产生的模拟电压输入到运算放大器u4的同相输入端，运算放大器u4的反相输入端和输出端之间并联电阻r7和r8，运算放大器u4的反相输入端通过并联在一起的电阻r9和r10接地，运算放大器u4的输出端使用电容c4接地。

7.根据权利要求2所述的一种红外探测器在轨偏置电压产生电路，其特征在于：所述第三偏压产生电路为初始值为低的同相放大扩流电路，包括运算放大器u5、三极管t1、电阻r11、r12、r13、r14和电容c5；其中，数模转换器产生的模拟电压输入到运算放大器u5的同相输入端，运算放大器u5的输出端接三极管t1的基极，运算放大器u5的反相输入端和三极管t1的发射极之间并联电阻r11和r12，运算放大器u5的反相输入端通过并联在一起的电阻r13和r14接地，三极管t1的集电极连接外部电源，三极管t1的发射极的输出信号即为所述第三偏压产生电路的输出，同时三极管t1的发射极通过电容c5接地。

8.根据权利要求2所述的一种红外探测器在轨偏置电压产生电路，其特征在于：所述第四偏压产生电路为初始为高的反相放大扩流电路，包括运算放大器u6、三极管t2、电阻r15、r16、r17、r18和电容c6；其中，数模转换器产生的模拟电压输入到运算放大器u6的同相输入端，运算放大器u6的输出端接三极管t2的基极，运算放大器u6的反相输入端接三极管t2的发射极，运算放大器u6的反相输入端通过并联在一起的电阻r17和r18接地，三极管t2的集电极通过并联在一起的电阻r15和r16连接外部电源，三极管t2的集电极的输出信号即为所述第四偏压产生电路的输出，同时三极管t2的集电极通过电容c6接地。

技术总结
本发明提供了一种红外探测器在轨可调偏置电压产生电路，包括现场可编程门阵列电路、数字模拟转换电路、第一偏压产生电路、第二偏压产生电路、第三偏压产生电路和第四偏压产生电路。该电路首先通过高可靠现场可编程门阵列电路产生一组串行数字信号输出给高精度数字模拟转换电路，数字模拟转换电路将串行数字信号转换为模拟电压，然后通过由低噪声、零漂移运放和外围电路组成的运算放大驱动电路产生红外探测器工作所需的偏置电压。与传统的红外探测器偏置电压产生电路相比具有在轨可实时调整、高精度、电路简单、使用灵活等特点。

技术研发人员：蔡帅,贺强民,王华,夏丹妮,富帅,薄姝,宋博,闫静纯,张颖,王栋,倪建军,王丽超,尤鑫川
受保护的技术使用者：北京空间机电研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17