[发明专利]一种以PCB电路方式制作的单元热敏探测器件读出电路

说明书

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，缩小系统体积，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，而且可以在对系统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。

电压偏置单元位于节点A1,A2之间，节点A1，A2分别连接正负电源，电容R1，R2分别连同稳压管D1，D2构成稳压电路，进一步稳定单元探测器的偏置电压，稳压管D1负极接节点A3,正极接节点A14,稳压管D2正极接节点A4,负极接节点A14；电容C1,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第三引脚接节点A3，第二引脚接节点A4，第一引脚接节点A5。

U2A为四通道模拟开关的第一通道，其一端接A5，另一端接运算放大器U3的反相端，即节点A6，其控制端接信号sig1，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节点A1，节点A2；积分电容C7连接在节点A6，节点A7之间，U2B四通道模拟开关的第二通道，一端接节点A6，另一端接节点A7，其控制端接信号sig2，U2B断开时，电流信号在电容C7上积分，U2B闭合时，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，因此在运算放大器U3的同相端接零电位附近的参考电压V_ref，调节精密电位器R5，即可调节V_ref，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，电容R3，R4分别连同稳压管D3，D4构成稳压电路。

相关双采样电路位于节点A7和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。U2C为四通道模拟开关的第三通道，一端接节点A7，一端接节点A11；运算放大器U4同相端接节点A11，反相端与输出端接节点A12构成电压跟随器，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节点A1,节点A2；采样保持电容C10一端接节点A12，一端接节点A13；U2D为四通道模拟开关的第四通道，一端接节点A13，一端接节点A14；在节点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系统的一块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。