CN211824731U - 一种可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路，该电路包括控制芯片、多路复用模块和放大处理模块。多路复用模块包括多个横向多路复用器和多个纵向多路复用器，放大处理模块包括运算放大器、差分放大器和数模转换器，控制芯片输出低电平信号至各个多路复用器以通过多路复用器选择通路，纵向多路复用器输出探测器光电信号至运算放大器和差分放大器，差分放大器输出放大之后的电信号至控制芯片以采集探测器的光电信号。本实用新型可以实现在阵列像元响应度不均一的情况下，通过改变对应像元参考电压的方式校正阵列输出电压的不均匀性。该电路设计简洁，无需图像处理程序，成本低，速度快。

Description

一种可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域，具体的说，是一种小可校正阵列非均匀性的焦平面读出电路。

背景技术

近年来，随着军事应用、航天工程和宇宙探索的逐渐深入，各个使用场景对红外探测技术的要求也越来越高。为了获取目标物体的二维热分布，最早使用一个探测器在水平和垂直两个方向进行光学—机械扫描，对整个视场中的景物信息进行逐点采集，再还原成二维图像。这种探测方式较为简单，但是效率很低，探测图像所需时间较长。红外焦平面探测器是红外探测器的一种，通过微电子工艺将探测器做成阵列并集成在一个平面上，可同时获得平面各点的红外响应分布，使得二维红外探测的效率得到大幅提高。然而红外探测器的光电信号弱，且各个像元的响应大小往往不均匀，如何获取各个单元的光响应数据，并对其进行放大、均匀性改进处理，再还原成平面图像，是一个较难解决的问题。

目前市面上使用的焦平面阵列读出电路多使用FPGA作为控制芯片，先采集各个像元的电信号，再通过图像处理程序来修正像元间的不均匀性，从而获得较为理想的平面成像结果。然而这种方法成本高、电路设计复杂，且图像处理时间往往较长，不能满足小规模焦平面阵列探测器的需要。

实用新型内容

为了弥补现有解决方案的缺陷，本实用新型的目的是提供一种成本更低、电路设计简单且图像处理时间短的可校正阵列非均匀性的焦平面读出电路。

为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

本实用新型公开了一种可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路，其特征在于，电路包括控制芯片、多路复用模块和放大处理模块，多路复用模块包括横向多路复用器和纵向多路复用器，放大处理模块包括数模转换器、运算放大器和差分放大器；控制芯片分别与横向多路复用器和纵向多路复用器相连；横向多路复用器与纵向多路复用器均与焦平面阵列探测器相连，纵向多路复用器与运算放大器相连，运算放大器与差分放大器相连，差分放大器与控制芯片相连。

作为进一步地改进，本实用新型所述的控制芯片分别与横向多路复用器的横向多路复用器控制端和纵向多路复用器的纵向多路复用器控制端相连；横向多路复用器的横向多路复用器输入端接地，横向多路复用器输出端接焦平面阵列探测器；纵向多路复用器的纵向多路复用器输出端与运算放大器相连，纵向多路复用器输入端与焦平面阵列探测器相连；运算放大器的运算放大器输出端与差分放大器相连，差分放大器的差分放大器输出端连接控制芯片。

作为进一步地改进，本实用新型所述的控制芯片与数模转换器相连，的数模转换器的数模转换器输出端与差分放大器的相连。

作为进一步地改进，本实用新型所述的运算放大器的运算放大器输入端还与第一电阻相连接。

作为进一步地改进，本实用新型所述的横向多路复用器和纵向多路复用器是可根据阵列规模选择、增添与删减通道数目。

作为进一步地改进，本实用新型所述的的控制芯片为MSP430。

作为进一步地改进，本实用新型所述的的数模转换器的转换时间小于10ns。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型电路可针对像元响应大小的不同，改变差分放大器的参考电压来获得阵列的均一化电信号输出，该电路无需后续图像处理程序，在电信号采集之前便完成阵列的均一化校正，成本低、响应速度快。本实用新型专利提供的焦平面读出电路使用MSP430控制芯片控制多个多路复用器，对阵列通路实施选择。阵列选通后，单一像元的光电信号由纵向多路复用器输出至运算放大器，经过运算放大器的跟随放大后输出至差分放大器的一端。同时控制芯片输出一个数字信号至数模转换器，数模转换器的输出连接至差分放大器的另一端用作参考电压。差分放大器的输出连接控制芯片的采样输入，从而完成一个像元电信号的闭环读出。通过改变控制芯片连接多路复用器的控制电压，便可依次选择不同通路，从而完成整个阵列电信号的读出。根据不同像元间响应度大小来调整每一个像元的参考电压，便可改善阵列成像结果的均匀性。本实用新型电路通过硬件改善焦平面阵列探测器的不均匀性，设计简单，无需复杂的图像处理程序，成本低廉。

附图说明

图1是本实用新型专利可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路实施例的原理图。

图1，110是控制芯片，120是多路复用模块，130是放大处理模块，1101是控制芯片第一输出端，1102是控制芯片第二输出端，1103是控制芯片第三输出端，1104是控制芯片输入端，121是横向多路复用器，1211是横向多路复用器输入端，1212是横向多路复用器控制端，1213是横向多路复用器输出端，122是纵向多路复用器，1221是纵向多路复用器控制端，1222纵向多路复用器输入端，1223纵向多路复用器输出端，131是数模转换器，1311是数模转换器输入端，1312是数模转换器输出端，132是运算放大器，1321是运算放大器第一输入端，1322是运算放大器第二输入端，1323是运算放大器输出端，133是差分放大器，1331是差分放大器第一输入端，1332是差分放大器第二输入端，1333是差分放大器第三输入端，1334是差分放大器第四输入端，1335是差分放大器输出端，134是下拉电阻，135是第二电阻。

具体实施方式

本实用新型公开了一种可校正阵列均匀性的焦平面探测器读出电路，其包括控制芯片110、多路复用模块120和放大处理模块130，多路复用模块120包括多个横向多路复用器121和多个纵向多路复用器122，放大处理模块130包括运算放大器132、差分放大器133和数模转换器131，控制芯片110输出低电平信号至各个多路复用器120以通过所述多路复用器选择通路，纵向多路复用器122输出探测器光电信号至所述运算放大器132和差分放大器133，差分放大器133输出放大之后的电信号至所述控制芯片110以采集探测器的光电信号。

控制芯片110输出一系列高低电平至所述数模转换器131，数模转换器131输出电压至所述差分放大器133以提供所述差分放大器133的参考电压，运算放大器132的输入端连接有下拉电阻134，控制芯片110为MSP430芯片，数模转换器131的转换时间小于10ns，横向多路复用器121的输出和纵向多路复用器122的输入分别与焦平面阵列探测器的电极相连，横向多路复用器121和纵向多路复用器122可根据阵列规模选择通道数目，也可进行增添与删减。

为了使实用新型专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不限用于本实用新型。

图1给出了本实用新型提供的一种可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路100，该读出电路包括控制芯片110、多路复用模块120以及放大处理模块130，其中控制芯片110包括控制芯片第一输出端1101、控制芯片第二输出端1102、控制芯片第三输出端1103和控制芯片输入端1104；多路复用模块120包括横向多路复用器121和纵向多路复用器122、横向多路复用器121包括横向多路复用器输入端1211、横向多路复用器控制端1212、横向多路复用器输出端1213；纵向多路复用器包括纵向多路复用器控制端1221、纵向多路复用器输入端1222、纵向多路复用器输出端1223；放大处理模块130包括数模转换器131、运算放大器132和差分放大器133，数模转换器131包括数模转换器输入端1311和数模转换器输出端1312；运算放大器132包括运算放大器第一输入端1321、运算放大器第二输入端1322、运算放大器输出端1323；差分放大器133包括差分放大器第一输入端1331、差分放大器第二输入端1332、差分放大器第三输入端1333、差分放大器第四输入端1334、差分放大器输出端1335；该读出电路还包括下拉电阻134和第二电阻135。需要说明的是，横向多路复用器121和纵向多路复用器122可为单个或多个多路复用器组成的复用阵列，其通道数目由焦平面阵列探测器的规模决定。

控制芯片110的控制芯片第一输出端1101与横向多路复用器121的横向多路复用器控制端1212相连接；控制芯片110的控制芯片第二输出端1102与纵向多路复用器122的控制端1221相连接；横向多路复用器121的横向多路复用器输入端1211接地，横向多路复用器输出端1213连接于焦平面阵列探测器电极；纵向多路复用器122的纵向多路复用器输入端1222连接于焦平面阵列探测器电极，纵向多路复用器输出端1223与运算放大器132的运算放大器第二输入端1322相连接，构成多路复用通路。

运算放大器132的运算放大器第一输入端1321与运算放大器输出端1323相连接，运算放大器132的运算放大器输出端1323与差分放大器133的差分放大器第一输入端1331相连接，差分放大器133的差分放大器第三输入端1333和差分放大器第四输入端1334之间串联第二电阻135，构成信号放大电路。

控制芯片110的控制芯片第三输出端1103与数模转换器131的数模转换器第一输入端1311相连接，数模转换器131的数模转换器输出端1312连接于差分放大器135的差分放大器第二输入端1332，可根据焦平面阵列像元响应度的大小差异提供相应的参考电压。

控制芯片110的控制芯片输入端1104连接于差分放大器133的差分放大器输出端1335，采集放大处理之后的电信号。

运算放大器132的运算放大器第二输入端1322连接于下拉电阻134。

在具体应用中，读出电路正常供电后，控制芯片110向横向多路复用器121和纵向多路复用器122发送数字控制信号，多路复用器选择阵列通路，阵列像元的光电信号输出至放大处理模块130，经跟随运算放大器132后输入至差分放大器133。同时，控制芯片110发送参考数字信号至数模转换器131，数模转换器131输出该数字信号对应的模拟电压用作差分放大器133的参考电压。阵列像元的光电信号经差分放大器133放大后输出至控制芯片110采集，完成电信号的读出。

相应的，若像元之间的响应度不均匀，可针对每一个像元输出一个单独的参考电压，经由差分放大器133后，对应于不同像元得到相应的输出电压，从而完成对阵列响应度不均匀的修正。

以上所述并非是对本实用新型的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路，其特征在于，所述的电路包括控制芯片(110)、多路复用模块(120)和放大处理模块(130)，所述多路复用模块(120)包括横向多路复用器(121)和纵向多路复用器(122)，所述放大处理模块(130)包括数模转换器(131)、运算放大器(132)和差分放大器(133)；所述控制芯片(110)分别与横向多路复用器(121)和纵向多路复用器(122)相连；所述的横向多路复用器(121)与纵向多路复用器(122)均与焦平面阵列探测器相连，所述的纵向多路复用器(122)与运算放大器(132)相连，所述的运算放大器(132)与差分放大器(133)相连，所述的差分放大器(133)与控制芯片(110)相连。

2.根据权利要求1所述的可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路，其特征在于，所述控制芯片(110)分别与横向多路复用器(121)的横向多路复用器控制端(1212)和纵向多路复用器(122)的纵向多路复用器控制端(1221)相连；所述横向多路复用器(121)的横向多路复用器输入端(1211)接地，横向多路复用器输出端(1213)接焦平面阵列探测器；所述纵向多路复用器(122)的纵向多路复用器输出端(1223)与运算放大器(132)相连，纵向多路复用器输入端(1222)与焦平面阵列探测器相连；所述的运算放大器(132)的运算放大器输出端(1323)与差分放大器(133)相连，所述差分放大器(133)的差分放大器输出端(1335)连接控制芯片(110)。

3.根据权利要求1所述的可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路，其特征在于，所述控制芯片(110)与数模转换器(131)相连，所述的数模转换器(131)的数模转换器输出端(1312)与差分放大器(133)的相连。

4.根据权利要求1或2或3所述的可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路，其特征在于，所述运算放大器(132)的运算放大器第二输入端(1322)还与下拉电阻(134)相连接。

5.根据权利要求1所述的可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路，其特征在于，所述横向多路复用器(121)和纵向多路复用器(122)是可根据阵列规模选择、增添与删减通道数目。

6.根据权利要求1或2或3或5所述的可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路，其特征在于，所述的控制芯片(110)为MSP430。

7.根据权利要求1或2或3或5所述的可校正阵列非均匀性的焦平面探测器读出电路，其特征在于，所述的数模转换器(131)的转换时间小于10ns。

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