[發明專利]一種集成化的星載超長線列紅外探測器前端信息獲取電路

無效

• 申請號: 201410020842.3
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103852173A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 林長青;孫勝利;李璐芳;周雙喜;王運;趙明;喻琪超;程揚
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10;G01J5/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及星載紅外相機信息獲取技術領域，特別是涉及一種星載紅外長線列探測器集成化信號獲取電路，具體地說，是一種在紅外超長線列探測器前端信息獲取中，各種要求（低噪聲、高帶寬、高采樣率、多通道、小體積、輕量化、低功耗、高電磁兼容性、高可靠性）并存，且超長線列紅外探測器信號獲取電路規模與平臺的資源存在矛盾的解決方法。

背景技術

現代紅外成像系統的核心器件是焦平面陣列(focal?plane?array?FPA)，包括探測器和信號讀出電路，而當前的星載紅外相機中，紅外線列探測器往往不超過8個輸出通道，因此信息獲取技術一般都是按通道進行設計，每個通道對應完整、冗長的信號調理和采集電路，或者采用模擬開關在A/D量化前進行信號復用，這在探測器規模較小、駐留時間長、采樣頻率低的應用場合是可行的。但近幾年隨著遙感技術在高時間、高空間、高光譜分辨率的發展，線列探測器規模急劇膨脹，輸出通道數（抽頭數）成幾何級數增長，若按現有的技術設計，由于信號路數成倍數增多，復用開關速率、電磁兼容性和噪聲性能難以滿足；另一方面，功耗、體積、重量等資源需求會線性增加，而衛星平臺資源是有限的，這一矛盾無法解決。例如，以中國科學院上海技術物理研究所研制的MCT4000×1長線列中波探測器為核心的星載紅外儀器就存在上述難題。

綜上所述，隨著星載超長線列探測器的發展和應用，現有技術路線已經無法滿足性能指標，可擴展性極差，且與平臺的資源矛盾不可調和，逐漸成為限制星載紅外遙感技術發展的一項瓶頸。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種集成化的星載超長線列紅外探測器前端信息獲取電路，重點解決星載紅外相機中超長線列探測器前端信息獲取和調理中的低噪聲、高帶寬、高采樣率、多通道、小體積、輕量化、低功耗、高擴展性、高電磁兼容性、高可靠性設計技術難題。

本發明的技術方案為：前端信息獲取電路由多塊前端單元模塊構成，電路對長線列探測器前端信號鏈路進行優化，將8路紅外信號調理電路集成為1個前端單元模塊，每個前端單元模塊獨立工作；采用多個前端單元模塊進行并行工作的方式，實現處理多達上萬元的超長線列紅外探測器信號的能力；

所述的前端單元模塊對8路紅外信號調理電路進行集成，將運算放大器、采樣保持器、高速模擬開關、高速A/D轉換器、高速D/A轉換器集成在一個芯片單元里，完成8路紅外探測器信號從模擬前端到數字量化的并行處理全過程；將上述電路集成在一片ASIC芯片內，一個ASIC芯片完成對2000元探測器8路紅外信號的處理。

具體包含下列步驟：

1）對長線列探測器前端信號鏈路進行優化，采用每8個紅外通道為1個前端單元模塊進行合并集成的方式，每個前端單元模塊主要含8通道模擬信號調理模塊,含信號輸入、相減、放大處理、SPI接口模塊、A/D模塊、D/A模塊；

2）采用基于前端單元模塊的設計方法完成對長線列紅外探測器信息獲取，每個前端單元模塊能獨立處理2000元長線列紅外探測器的輸出信號；

3）將該前端單元模塊集成設計為ASIC（專用集成電路芯片）固化技術狀態。

根據本發明的一種星載超長線列紅外探測器信息獲取電路的前端單元模塊（8通道紅外信號調理ASIC），由片內的24個寬帶運放、1個高速A/D、8個高速D/A、采用保持器、高速模擬開關、8個PGA組成，具備以下功能：

1）在一個紅外探測器驅動時鐘周期內，能對2000元紅外探測器（8路輸出）模擬信號分時進行儀器背景信號相減、放大、A/D量化，通道隔離度大于60dB，信噪比滿足200:1@PGA=31；

2）能通過SPI總線接口，對8個紅外通道分別進行獨立的增益調節并回讀當前狀態；

3）能通過D/A，對8個紅外通道模擬信號能進行動態背景相減；

4）A/D量化位數12位，轉換頻率不低于24MSPS，單片輸出數據率最高為288Mbps；12位D/A，轉換頻率不低于24MSPS。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：相對于傳統分通道獨立進行信息獲取的方案，采用基于前端單元模塊的集成設計方案全面解決了超長線列探測器信息獲取技術中低噪聲、高帶寬、高采樣率、多通道、小體積、輕量化、低功耗、高擴展性、高電磁兼容性、高可靠性等技術難點，使我國星載超長線列探測器信息獲取技術上了一個臺階，在該領域開拓了一條新道路。

具體如下：

1功耗降低了46%，重量降低了約85%，滿足了平臺對載荷的資源約束；降低走線量，提高了EMC能力；噪聲、帶寬、采樣率、可靠性滿足系統指標要求；