专利名称：一种基于交流耦合的tdi红外探测器信号处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号处理系统，特别是一种基于交流耦合的TDI红外探测器信号处理系统。
背景技术：
TDI (时间延时积分)红外探测器属于第二代扫描型焦平面器件，是一种线阵器件，由于它比其他线阵器件具有更高的灵敏度，更好的非均匀性，因此被广泛应用在工业、医疗、军事侦察、航天遥感等多个领域中。TDI红外探测器的输出信号具有如下特点1)输出内阻大，其通常要求负载电容为PF级，负载电阻为几百k欧甚至几M欧；2)对于每个像元来说在快速建立后保持一个电平值；3)其信号电压值是浮在一个正的直流电平上的(如信号电压范围为1.6￥ 4.价，浮在3￥直流电平上)；4)每行首先输出几个(具体个数随 探测器型号不同而变化)复位参考信号，然后为有效信号，复位参考信号的电压值即为所浮直流电平值(如信号电压范围为I. 6V 4. 4V时，复位参考信号的电压值为3V)。针对这些信号特点，如何设计高质量的红外探测器信号处理系统对于提高整个红外成像系统的成像质量是非常关键的。传统的TDI红外探测器信号处理系统，通常将探测器输出的单端模拟信号直接进行缓冲放大，然后送到单端输入的模数转换器进行模数转换，即基于直流耦合的单端处理方式。这种处理方式有以下一些不足之处1)单端处理方式容易在直流电平信号传输过程中引入共模干扰和噪声，使系统成像质量降低；2)采用直流耦合方式，电路器件漂移对直流电平信号影响较大，导致成像系统的图像数据不稳定，影响成像质量；3)采用直流耦合方式时，为了保证信号调理电路输出的信号不失真，信号调理电路所用的运放通常采用正负供电，而探测器输出的信号都是正电压信号，这样电路一直工作在一个方向，共模信号一直存在，所有器件和传输路径上的共模偏差都会传递到最后AD量化后的结果，影响系统动态范围；4)采用直流耦合方式时，为了保证信号调理电路输出的信号不失真，信号调理电路所用的运放通常需采用较高的正负电压供电，电路功耗大；5)采用直流耦合方式，需要设计高精度的中心电平扣除电路，以只对变化的信号进行处理，这是使得电路设计难度和设计成本大大增加。因此为了提高整个红外成像系统的成像质量，必须针对TDI红外探测器的输出信号特点，提出一种新的TDI红外探测器信号处理系统。

发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种基于交流耦合的TDI红外探测器信号处理系统。本发明的技术解决方案是一种基于交流耦合的TDI红外探测器信号处理系统，包括TDI红外探测器、高通滤波电路、信号调理电路、模数转换电路和数据处理电路；
TDI红外探测器将输出的单端模拟信号送入高通滤波电路，高通滤波电路将TDI红外探测器输出信号的直流成分滤除，得到交流信号之后送入信号调理电路，信号调理电路对交流信号先进行阻抗变换，再对阻抗变换之后的信号进行单端转差分的调理，输出差分模拟信号给模数转换电路，模数转换电路将差分模拟信号转换为数字信号并送至数据处理电路，数据处理电路以TDI红外探测器每行输出的复位参考信号对应的量化数据为基准，确定交流耦合后有效信号与该基准的相对差值，对TDI红外探测器输出的有效信号进行数字直流恢复。所述的高通滤波电路由隔直电容Cl和电阻Rl组成，隔直电容Cl的两端分别接至TDI红外探测器的信号输出端和信号调理电路的输入端V1,电阻Rl的两端分别接至信号调理电路的输入端V1和电路地，电容Cl的容值和电阻Rl的阻值应满足高通滤波电路的低频截至频率远小于
行频率，即
权利要求
1.一种基于交流耦合的TDI红外探测器信号处理系统，其特征在于包括TDI红外探测器、高通滤波电路、信号调理电路、模数转换电路和数据处理电路； TDI红外探测器将输出的单端模拟信号送入高通滤波电路，高通滤波电路将TDI红外探测器输出信号的直流成分滤除，得到交流信号之后送入信号调理电路，信号调理电路对交流信号先进行阻抗变换，再对阻抗变换之后的信号进行单端转分的调理，输出差分模拟信号给模数转换电路，模数转换电路将差分模拟信号转换为数字信号并送至数据处理电路，数据处理电路以TDI红外探测器每行输出的复位参考信号对应的量化数据为基准，确定交流耦合后有效信号与该基准的相对差值，对TDI红外探测器输出的有效信号进行数字直流恢复。
2.根据权利要求I所述的一种基于交流耦合的TDI红外探测器信号处理系统，其特征在于所述的高通滤波电路由隔直电容Cl和电阻Rl组成，隔直电容Cl的两端分别接至TDI红外探测器的信号输出端和信号调理电路的输入端V1,电阻Rl的两端分别接至信号调理电路的输入端V1和电路地， 电容Cl的容值和电阻Rl的阻值应满足高通滤波电路的低频截至频率远小于行频率，即
3.根据权利要求I所述的一种基于交流耦合的TDI红外探测器信号处理系统，其特征在于所述的信号调理电路包括阻抗变换电路和单端转差分电路两部分； 阻抗变换电路是由运算放大器231构成电压跟随电路，运算放大器231的同相输入端即为信号调理电路的输入端V1，运算放大器231的反相输入端与其输出端Vm相连；单端转差分电路包括全差分运算放大器232、电阻R3、R4、R5、R6、R7和R8，电阻R3的一端连接阻抗变换电路的输出端VKQ，另一端接至全差分运算放大器232的同相输入端，电阻R4的一端接至电路地，另一端接至全差分运算放大器232的反相输入端，电阻R5的连接在全差分运算放大器232的同相输入端和反相输出端之间，电阻R6的两端连接在全差分运算放大器232的反相输入端和同相输出端之间，全差分运算放大器232的反相输出端通过电阻R7输出给模数转换电路，全差分运算放大器232的同相输出端通过电阻R8输出到模数转换电路。
4.根据权利要求3所述的一种基于交流耦合的TDI红外探测器信号处理系统，其特征在于单端转差分电路中电阻电阻R3、R4、R5、R6、R7和R8的阻值满足下列条件1)R3= R4、R5 = R6、R7 = R8 ； 2)电路增益为= 3)R7和R8取值均≤50 Ω。
5.根据权利要求I所述的一种基于交流耦合的TDI红外探测器信号处理系统，其特征在于所述的模数转换电路包括差分模数转换器，差分模数转换器的共模参考输出端与单端转差分电路中的全差分运算放大器232的共模输入端相连，以使单端转差分电路输出的差分信号的共模电压与模数转换器的共模电压相匹配，全差分运算放大器232的反相输出端和差分模数转换器的反相输入端连接，全差分运算放大器232的同相输出端和差分模数转换器的同相输入端连接在一起。
6.根据权利要求I所述的一种基于交流耦合的TDI红外探测器信号处理系统，其特征在于所述对TDI红外探测器输出的有效信号进行数字直流恢复是通过如下公式进行
全文摘要
一种基于交流耦合的TDI红外探测器信号处理系统，包括TDI红外探测器、高通滤波电路、信号调理电路、模数转换电路和数据处理电路，数据处理电路由可编程逻辑器件实现。根据TDI红外探测器输出信号的特点，首先通过高通滤波电路将探测器输出信号中的直流成分扣除，只对变化的交流信号进行模拟调理和模数转换；再以TDI红外探测器每行输出的复位参考信号对应的量化数据为基准，确定交流耦合后有效信号与该参考基准的相对差值，对探测器输出的有效信号进行数字直流恢复。与传统的TDI红外探测器信号处理系统相比本发明具有抑制共模干扰、降低器件漂移影响、简化电路设计、减少系统功耗等特点。
文档编号G01J5/06GK102865927SQ20121032989
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者王 华, 李涛, 魏志勇, 雷宁, 王旭, 张文昱, 黄伟 申请人:北京空间机电研究所