CN102680112B - 一种以pcb电路方式制作的单元热敏探测器件读出电路 - Google Patents
一种以pcb电路方式制作的单元热敏探测器件读出电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102680112B CN102680112B CN201210142451.XA CN201210142451A CN102680112B CN 102680112 B CN102680112 B CN 102680112B CN 201210142451 A CN201210142451 A CN 201210142451A CN 102680112 B CN102680112 B CN 102680112B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- node
- circuit
- signal
- termination
- analog switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种以PCB电路制作的单元热敏器件读出电路,所述电路包括偏置电路,积分放大电路,相关双采样电路。偏置电路为单元热敏器件提供稳定的偏置电压,并将辐射信号转化为电流信号,该电流信号流经积分放大器转化为电压信号,然后被相关双采样电路采集。在信号输出端,相关双采样电路将辐射信号扣除电路噪声后输出。与集成电路上制作的读出电路相比,该PCB电路设计灵活,制作周期短,成本低廉,在对***体积要求不大的情况下可以代替集成读出电路,作为探测器与红外成像***的接口电路。同时该电路还可以作为测试电路和前置放大电路,实测单元器件的性能,在新型热敏器件的探索中有潜在应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及红外辐射探测技术,是一种热敏型单元红外辐射探测器件的PCB读出电路,属于微电子及光电子技术领域。
背景技术
红外热辐射信号由于极其微弱,常常淹没于噪声中。对于缓慢变化的红外辐射信号,其检测方法主要有两种:锁定放大和取样积分。锁定放大常常用于探测器件特性参数的测量中,而热探测器的读出电路一般使用取样积分的方式来实现。与锁定放大不同,取样积分的方式无需斩波调制,设备简单,适合做探测器件的读出电路。目前,一般的热敏器件读出电路是以集成电路的方式制作的,可以提高集成度,缩小***体积,但集成电路需要流片,制作周期长,造价也非常昂贵。
发明内容
针对这个问题,我们设计了一种热敏探测器件的PCB读出电路,该电路可以很好的抑制噪声,提高信噪比,读出氧化钒,锰钴镍氧等材料单元热敏探测器件探测到的微弱红外辐射信号,且其成本要远远低于集成电路方式制作的读出电路,该电路不仅节约成本,而且可以在对***体积要求不是很高的情况下代替集成电路,尤其适用于新型热敏器件的探索阶段,使用该读出电路可以取代集成电路实测热敏探测器件的性能。
本PCB单元热敏器件读出电路如图1所示,分为电压偏置单元,积分放大单元,双采样输出单元三个部分。
电压偏置单元位于第一节点A1,第二节点A2之间,第一节点A1,第二节点A2分别连接正负电源,第一电容C1,第二电容C2分别连同第一稳压管D1,第一稳压管D2构成稳压电路,进一步稳定单元探测器的偏置电压,第一稳压管D1负极接第三节点A3,正极接第十四节点A14,第二稳压管D2正极接第四节点A4,负极接第十四节点A14;第一电容C1,第二电容C2为去耦电容,滤去电源电压中的高频分量。
U1为单元热敏探测器,其结构如附图2所示,由探测元和补偿元(盲元)构成,盲元用于抵消由于背景温度波动等共模输入引起的信号变化,而探测元接收外界热辐射信号,产生电阻变化,在第五节点A5处输出信号至积分放大电路单元;单元热敏探测器U1第三引脚接第三节点A3,第二引脚接第四节点A4,第一引脚接第五节点A5。
第一模拟开关U2A为四通道模拟开关的第一通道,其一端接第五A5,另一端接第一运算放大器U3的反相端,即第五节点A6,其控制端接第一信号sig1,第一运算放大器U3使用正负电源供电,正负电源引脚分别连接到第一节点A1,第二节点A2;积分电容C7连接在第六节点A6,第七节点A7之间,第二模拟开关U2B四通道模拟开关的第二通道,一端接第六节点A6,另一端接第七节点A7,其控制端接第二信号sig2,第二模拟开关U2B断开时,电流信号在积分电容C7上积分,第二模拟开关U2B闭合时,积分电容C7放电复位。
单元热敏探测器件探测元和补偿元由于工艺问题不会完全对称,因此在第一运算放大器U3的同相端接零电位附近的参考电压Vref,调节精密电位器R5,即可调节Vref,从而实现零辐射信号输入的条件下,通过积分电容的电流为零,第三电阻R3,第四R4分别连同第三稳压管D3,第四稳压管D4构成稳压电路。
相关双采样电路位于第七节点A7和第十三节点A13之间,一个信号读出周期有两次采样过程,第一次采样在积分复位之后,采样噪声信号,第二次采样在积分结束之后,采样探测到的辐射信号,并将探测信号扣除上次采样的噪声信号。第三模拟开关U2C为四通道模拟开关的第三通道,一端接第七节点A7,一端接第十一节点A11;第二运算放大器U4同相端接第十一节点A11,反相端与输出端接第十二节点A12构成电压跟随器,第二运算放大器U4使用正负电源供电,正负电源引脚分别连接到第一节点A1,第二节点A2;采样保持电容C10一端接第十二节点A12,一端接第十三节点A13;第四模拟开关U2D为四通道模拟开关的第四通道,一端接第十三节点A13,一端接第十四节点A14;在第十三节点A13处电压信号输出。
相对集成电路制作的读出电路,本PCB读出电路的优点在于:
(1)积分电容和采样保持电容采用绝缘电阻大,穿透电流小,复位后残留电荷少的聚苯乙烯电容;
(2)采用已有的高精度,极低偏置电流运放,噪声小,读出精度高;
(3)制作周期短,成本低廉,电路参数更改灵活,适合作为新型热敏器件探索阶段的性能测试电路。
附图说明
图1为单元热敏探测器的PCB读出电路图。
图2为单元热敏探测器示意图。
图3为单元热敏探测器PCB读出电路时序图。
具体实施方式
下面结合附图对发明做进一步说明。
附图3为读出电路时序图,sig1-sig4分别控制模拟开关U2A-U2D,控制信号由红外成像***的一块cpld芯片产生,电路工作过程如下:
(1)阶段(1)sig3为高电平,sig1,sig2,sig4均为低电平,本阶段对应信号的读出阶段。
(2)阶段(2)sig1为低电平,sig2,sig3,sig4为高电平,模拟开关U2B闭合,电容上电压信号复位,产生KTC噪声Vn=QC,通过模拟开关U2C和电压跟随器保存到采样电容C10上,由于开关U2D闭合,C10右极板接地,因此电位为零,左极板电压为噪声电压Vn。
(3)阶段(3)sig1,sig4为高电平,sig2,sig3为低电平。为信号的积分放大阶段,由于引入电压并联负反馈,运放输入端“虚短”,节点A6电位与A8处参考电位Vref相等,若探测器无信号输入,探测元上的电流全部流过补偿元,没有多余的电流流过积分电流C7,信号积分电压为零;若探测器上接收红外辐射信号,则探测元温度升高,阻值下降,流过电流增加,但由于节点A6电压等于Vref,因此流过补偿元电流不变,则多余电流通过模拟开关U2A在电容C7上积分
(4)经过阶段(3)回到阶段(1),模拟开关U2A闭合,积分结束,U2C闭合,U2D断开。若积分结束时积分电压为Vs,则此时采样保持电容C10左极板电压为Vs,右极板上电压即为读出信号电压Vout,由于U2D闭合,C10上电荷不发生转移,因此Vs-Vout=QC=Vn,即Vout=Vs-Vn,信号由节点A13读出。
本电路进一步描述如下
元件选择:
(a)电阻:R1,R2,R3,R4为型号为0805的510Ω贴片电阻;R6为型号为0805的5KΩ贴片电阻,R5为型号为3296的10KΩ精密电位器。
(b)电容:C1,C2,C3,C4,C5,C6,C8,C9为型号为0805的0.1uf贴片钽电容。C7,C10为直插型220pf聚苯乙烯电容。
(c)稳压二极管:D1,D2,D3,D4为型号为1n4733a的5V稳压管。
(d)四通道模拟开关:选用MAX313四通道模拟开关。
(e)运算放大器:U3,U4均选用OPA129UB运算放大器。
(f)采用±12V电源供电。
Claims (1)
1.一种以PCB电路方式制作的单元热敏器件读出电路,包括偏置电路,信号积分放大电路和相关双采样电路,其特征在于:
(a)所述的偏置电路,连接在第一节点A1和第二节点A2之间,为单元热敏探测器件U1提供稳定的偏置电压,第一节点A1和第二节点A2分别连接正负电源,第十四节点A14接地;信号从第五节点A5输出;所述偏置电路中,第一电容C1,第二电容C2分别连同第一稳压管D1,第二稳压管D2构成稳压电路,第一稳压管D1负极接第三节点A3,正极接第十四节点A14,第二稳压管D2正极接第四节点A4,负极接第十四节点A14;第一电容C1,第二电容C2为去耦电容,滤去电源电压中的高频分量;
(b)所述的信号积分放大电路连接在第五节点A5和第七节点A7之间,第一信号sig1和第二信号sig2分别控制第一模拟开关U2A和第二模拟开关U2B,当第二模拟开关U2B断开时,信号电流在积分电容C7上积分,转化为电压信号;当第二模拟开关U2B闭合时,积分电容C7放电复位;第八节点A8处提供参考电平,调节电位器R5即可调节该参考电平大小,使输入信号为零时,输出信号为零;所述的信号积分放大电路中,第一模拟开关U2A为四通道模拟开关的第一通道,其一端接第五节点A5,另一端接第一运算放大器U3的反相端,即第六节点A6,第一模拟开关U2A的控制端接第一信号sig1,第一运算放大器U3使用正负电源供电,正负电源引脚分别连接到第一节点A1,第二节点A2上;积分电容C7连接在第六节点A6,第七节点A7之间,第二模拟开关U2B为四通道模拟开关的第二通道,一端接第六节点A6,另一端接第七节点A7,第二模拟开关的控制端接第二信号sig2;第一运算放大器U3的同相端接零电位附近的参考电压Vref,调节精密电位器R5,即可调节Vref,采用高精度低噪声极低偏置电流运放OPA129UB;四通道模拟开关芯片采用MAX313芯片,积分电容C7采用聚苯乙烯电容;
(c)所述的相关双采样电路连接在第七节点A7和第十三节点A13之间,用于噪声信号和辐射信号的采样和保持,同时在模拟开关的控制下将两者相减,从第十三节点A13输出电压信号;所述的相关双采样电路中,四通道模拟开关的第三通道U2C,一端接第七节点A7,一端接第十一节点A11;第二运算放大器U4同相端接第十一节点A11,反相端与输出端接第十二节点A12构成电压跟随器,第二运算放大器U4使用正负电源供电,正负电源引脚分别连接到第一节点A1,第二节点A2上;采样保持电容C10一端接第十二节点A12,一端接第十三节点A13;四通道模拟开关的第四通道U2D,一端接第十三节点A13,一端接第十四节点A14;在第十三节点A13处电压信号输出;采样保持电容电容C10为聚苯乙烯电容,运放采用OPA129UB。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210142451.XA CN102680112B (zh) | 2012-05-09 | 2012-05-09 | 一种以pcb电路方式制作的单元热敏探测器件读出电路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210142451.XA CN102680112B (zh) | 2012-05-09 | 2012-05-09 | 一种以pcb电路方式制作的单元热敏探测器件读出电路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102680112A CN102680112A (zh) | 2012-09-19 |
CN102680112B true CN102680112B (zh) | 2014-06-04 |
Family
ID=46812382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210142451.XA Expired - Fee Related CN102680112B (zh) | 2012-05-09 | 2012-05-09 | 一种以pcb电路方式制作的单元热敏探测器件读出电路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102680112B (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102931923A (zh) * | 2012-10-22 | 2013-02-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种自热消除低噪声前置放大器 |
CN103196567A (zh) * | 2013-04-15 | 2013-07-10 | 江苏物联网研究发展中心 | 二极管红外探测器及其读出电路 |
CN105548033A (zh) * | 2016-01-15 | 2016-05-04 | 华东师范大学 | 一种量子点嵌入式光谱仪 |
CN108572147A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-09-25 | 中国科学院南海海洋研究所 | 光学探头和光学测量*** |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009135079A2 (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | Symetrix Corporation | Ferroelectric infrared sensor and integrator |
US8477117B2 (en) * | 2008-09-16 | 2013-07-02 | Hannstar Display Corporation | Embedded optical induction input device and method of implementing the same |
CN102249176A (zh) * | 2011-05-19 | 2011-11-23 | 无锡新策科技发展有限公司 | 一种微机电红外成像芯片及制造方法 |
-
2012
- 2012-05-09 CN CN201210142451.XA patent/CN102680112B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102680112A (zh) | 2012-09-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103560760B (zh) | 放大电路以及测量装置 | |
CN204101635U (zh) | 一种微电阻测量仪和电子产品生产装置 | |
CN203037265U (zh) | 一种温度补偿电路 | |
CN107941417A (zh) | 一种压力传感器的输出校准装置及方法 | |
CN102680112B (zh) | 一种以pcb电路方式制作的单元热敏探测器件读出电路 | |
CN106525325B (zh) | 一种差分信号增益可调的压力测量转换电路 | |
CN103439645B (zh) | Ctia型cmos焦平面读出电路及测试方法 | |
CN106443159B (zh) | 电流检测芯片 | |
CN103995024A (zh) | 一种用于电阻式水分测量传感器的电路的测量方法 | |
CN105223411A (zh) | 过电流检测电路及电源供应*** | |
CN203385430U (zh) | 一种传感电路及传感器 | |
CN102288815B (zh) | 一种用于巨磁电阻效应电流传感器的温度补偿器 | |
CN105277292A (zh) | 一种温度测量装置 | |
CN108594140A (zh) | 电子线路功耗测量装置 | |
CN206594217U (zh) | 一种光耦电流检测电路 | |
CN101441236A (zh) | 基于文氏电桥和锁相环的电容传感器电路 | |
CN103076480A (zh) | 微小信号采集卡 | |
CN206740279U (zh) | 一种压力测量电路 | |
CN210323186U (zh) | 一种电流检测电路 | |
CN211696724U (zh) | 一种多路温度信号变换装置 | |
CN203191103U (zh) | 环境模拟量采集模块 | |
CN103439018A (zh) | 温差检测仪及检测方法 | |
CN203642941U (zh) | 一种多路传感单通道恒流测量装置 | |
CN206378535U (zh) | 一种小电阻阻值的检测平台 | |
CN202994876U (zh) | 微小信号采集卡 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140604 Termination date: 20170509 |