[發明專利]一種壓電熱電堆紅外陣列掃描電路及信號讀取轉換控制方法

在審

• 申請號: 202010951513.6
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112146771A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 朱程;葛斌;王煥煥;柴文嫻
• 申請（專利權）人: 常州元晶電子科技有限公司
• 主分類號: G01J5/14
• 分類號: G01J5/14;G05B19/042
• 代理公司: 常州國洸專利代理事務所(普通合伙) 32467
• 代理人: 吳麗娜

1.一種壓電熱電堆紅外陣列掃描電路，包括陣列掃描部分，放大部分和單片機A/D轉換控制部分，其特征在于：

所述陣列掃描部分，包括與每個陣元(標號Z1～Zn*m)左腳相連的小信號N-MOS源極(標號Q1～Qn*m)，與每個N-MOS的柵極相連的與門(標號A1～An*m),與每個N-MOS漏極相連的偏置電壓Vbia，陣列橫向與門A1～Am每一個的一個輸入端與D觸發器Y1輸出端Q相連，與門(Am+1～Am+m)每一個的第一個輸入端與D觸發器Y2輸出端Q相連，依次類推直至與門(An*m-m+1～An*m)每一個的第一個輸入端與D觸發器Yn輸出端Q相連，陣列橫向與門A1～Am每一個的第一個輸入端與D觸發器Y1輸出端Q相連，與門Am+1～Am+m每一個的一個輸入端與D觸發器Y2輸出端Q相連，依次類推直至與門An*m-m+1～An*m每一個的一個輸入端與D觸發器Yn輸出端Q相連，陣列縱向與門(A1～An*m-m+1)每一個的第二個輸入端與D觸發器X1輸出端Q相連，與門(A2～An*m-m+2)每一個的第二個輸入端與D觸發器X2輸出端Q相連，依次類推直至與門(Am～An*m)每一個的第二個輸入端與D觸發器Xm輸出端Q相連，D觸發器X1的Q與X2的D相連，X2的Q與X3的D相連，直至Xm-1的Q端與Xm的D端相連，D觸發器Y1的Q與Y2的D相連，Y2的Q與Y3的D相連，直至Yn-1的Q端與Xn的D端相連；

所述放大部分，運放U2的正輸入端與電阻R2和電容C2相連，負輸入端與電阻R1、R3和電容C1相連，U2的輸出端與電阻R3、R4和電容C1相連，電阻R4與電容C3和磁珠L1相連，電阻R1左端與電容C2和偏置電壓Vbia相連，電阻R2左端與所有陣元(Z1～Zn*m)的右端相連；

所述單片機A/D轉換控制部分，單片機A/D口與磁珠L1的右端相連，其輸出端口O1與D觸發器X1 D端相連，O2與X1的CLK相連，O3與Y1的CLK相連，O4與Y1的D端相連。

2.根據權利要求1所述的一種壓電熱電堆紅外陣列掃描電路，其特征在于：所述D觸發器級聯構成了串行數據轉并行數據的方式，減少了單片機資源的占用。

3.根據權利要求1所述的一種壓電熱電堆紅外陣列掃描電路，其特征在于：所述MOS是低噪聲的小信號mos，對于壓電熱電堆輸出的低于uV級信號，能以高信噪比通過。

4.根據權利要求1所述的一種壓電熱電堆紅外陣列掃描電路，其特征在于：所述運算放大器U2具有零溫飄和低失調電壓，GBW大于等于4MHz。

5.根據權利要求1所述的一種壓電熱電堆紅外陣列掃描電路，其特征在于：所述放大部分共用一個運放電路，運放對每個壓電的微小信號放大，其放大倍數大于500。

6.根據權利要求1所述的一種壓電熱電堆紅外陣列掃描電路，其特征在于：所述電容C2消除共模干擾，R3和C1構成低通濾波，其截止頻率高于掃描頻率。

7.根據權利要求1所述的一種壓電熱電堆紅外陣列掃描電路，其特征在于：所述R4和C3構成低通濾波，其截止頻率高于掃描頻率。磁珠是濾除大于1M高頻信號。

8.根據權利要求1所述的一種壓電熱電堆紅外陣列掃描電路，其特征在于：放大倍數由GBW和掃描頻率來決定，GBW≥f*A,f為掃描頻率，A為放大增益。

9.根據權利要求1所述的一種壓電熱電堆紅外陣列掃描電路，其特征在于：所述單片機通過其通訊端口與其它設備相連。單片機A/D是大于等于12位的數模轉換，因此紅外測溫分辨率0.1°以上，O1、O2、O3、O4輸出有時序的串行CLK信號，驅動D觸發器。

10.一種壓電熱電堆紅外陣列掃描電路信號讀取轉換控制方法，其特征在于具體控制步驟為：

(1)單片機O1、O2、O3、O4串行輸出時序；

(2)第一個時鐘周期內，D觸發器X1和Y1的Q端分別輸出高電平，所以與門A1的兩個輸入端為高電平，則與門輸出高電平至MOS Q1的柵極，Q1導通，壓電熱電堆傳感器A1輸出很小電壓的信號，在偏置電壓Vbia作用下，其信號的基準電壓為Vbia，至運放電路輸入端，經過運放U2電路的放大和濾波，放大信號輸出到單片機A/D,經過轉換成數字信號，通過單片機輸出到其它設備；

(3)到第二個時鐘周期，D觸發器X2的Q端分別輸出高電平，Y1的Q端依舊是高電平，所以與門A2的兩個輸入端為高電平，則與門輸出高電平至MOS Q2的柵極，Q2導通，壓電熱電堆傳感器A2輸出很小電壓的信號，在偏置電壓Vbia作用下，其信號的基準電壓為Vbia，至運放電路輸入端，經過運放U2電路的放大和濾波，放大信號輸出到單片機A/D,經過轉換成數字信號，通過單片機輸出到其它設備；

(4)以此類推，直到讀出陣列最后一個陣元An*m信號，在一定時間內完成了一次對所有陣列信號的掃描。