基于InGaAs探测器的激光告警硬件电路制造技术

本实用新型专利技术涉及InGaAs探测器的外围电路，具体为基于InGaAs探测器的激光告警硬件电路，包括TEC制冷器、差分运放电路、FPGA、ADC转换电路和电平转换电路，探测器和TEC制冷器、差分运放电路连接，差分运放电路和ADC转换电路连接，ADC转换电路和FPGA连接，FPGA和探测器连接，电平转换电路为TEC制冷器、差分运放电路、FPGA、ADC转换电路供电。探测器将采集的模拟信号经差分运放电路后，进入ADC转换电路的输入端，经ADC转换电路转换后缓存至FPGA进行数据处理。ADC转换电路采用差分输入方式能有效提高信号的抗干扰能力，使探测器能工作在最佳状态，为系统探测性能的提高提供了重要保证。系统探测性能的提高提供了重要保证。系统探测性能的提高提供了重要保证。

【技术实现步骤摘要】
基于InGaAs探测器的激光告警硬件电路


[0001]本技术涉及InGaAs探测器的外围电路，具体为基于InGaAs探测器的激光告警硬件电路。

技术介绍

[0002]从20世纪60年代起，国外就开始了在激光测试方面的研究，其中美国、英国、法国、德国等国家的研究水平较高。时至今日，随着激光技术的发展，激光装备在路、海、空、天等领域越来越得到广泛关注，激光可用于激光制导、激光雷达、激光武器、激光测距、激光侦查对抗、激光通信等。其中激光告警仪是一种能够探测来袭激光、获取激光参数并实时告警的光电设备，能有效判断来袭激光功能并及时做出示警，红外光电探测器是激光告警仪的最主要器件。
[0003]目前红外光电探测器发展速度迅猛，种类繁多，已经覆盖到从近红外到长波红外大部分波段。其中，1～3μm短波红外波段是重要的一个波段，其广泛存在于自然界中，主要来源有自然环境反射、高温物体主动辐射、人造短波红外光源等。除可见光外夜光的大部分能量都集中在短波红外波段，因此可以利用自然反射的短波红外光进行短波红外成像。另外在该波段中，很多物质具有独特的光谱特性，如岩石、矿物中含有的氢氧根，农作物中的水，空气中的CO2、H2S、NH3、N2O等。因此短波红外探测在如了解资源分布、土壤水分检测、大气成分分析、农作物分析、军事侦察和监视、工业多光谱成像分析、红外预警和夜视成像等众多民用和军事领域有着广阔的应用前景。常见的用于制造短波红外焦平面探测器的材料包括HgCdTe、InGaAs、InAs/GaSb、PtSi等。经过长时间研究和应用，基本上形成了HgCdTe、InGaAs领军的局面。
[0004]由于InGaAs 探测器在常温下便可工作，与制冷型红外探测器相比，在低成本、低功耗、小型化和可靠性等方面有明显的优势，因此在军事和民用领域得到了广泛应用，特别是越来越多的使用在空间探测上。尽管 InGaAs 探测器在常温下能工作，但对于空间探测应用来说，输入的信号比较弱，要求仪器具有较高的信噪比。采用制冷的方法可有效提高InGaAs 探测器的性能，从而提高整个仪器探测性能，但制冷设备也有可能对探测器产生电磁干扰。针对这些问题，InGaAs 探测器的驱动电路设计必须在控制信号获取电路自身噪声的前提下，考虑合适的制冷和温控方案，使探测器能工作在最佳状态，为系统探测性能的提高提供了重要保证。

技术实现思路

[0005]本技术为了使得InGaAs 探测器工作在最佳状态，提供了基于InGaAs探测器的激光告警硬件电路。
[0006]本技术是采用如下的技术方案实现的：基于InGaAs探测器的激光告警硬件电路，包括TEC制冷器、差分运放电路、FPGA、ADC转换电路和电平转换电路，探测器和TEC制冷器、差分运放电路连接，差分运放电路和ADC转换电路连接，ADC转换电路和FPGA连接，FPGA
和探测器连接，电平转换电路为TEC制冷器、差分运放电路、FPGA、ADC转换电路供电。探测器将采集的模拟信号经差分运放电路后，进入ADC转换电路的输入端，经ADC转换电路转换后缓存至FPGA进行数据处理，电源模块为其他各部分电路供电。ADC转换电路采用差分输入方式能有效提高信号的抗干扰能力。
[0007]上述的基于InGaAs探测器的激光告警硬件电路，还包括USB转换电路，FPGA和USB转换电路连接。FPGA可以通过USB接口将数据传至 PC 机，在电脑端可以直观地实时显示出干涉图样，也可以直接处理数据，实时传输来袭激光信息。
[0008]上述的基于InGaAs探测器的激光告警硬件电路，还包括电压跟随器，探测器的温度输出信号通过电压跟随器连接到TEC制冷器。
[0009]上述的基于InGaAs探测器的激光告警硬件电路，电压跟随器由OP07运算放大器形成。
[0010]本技术硬件电路是基于InGaAs探测器，包括TEC制冷器（保证工作在合适的温度点）、信号转换、数据采集、数据发送，电路采用了FPGA实现InGaAs探测器的驱动控制以及数据处理，使探测器能工作在最佳状态，为系统探测性能的提高提供了重要保证。
附图说明
[0011]图1为本技术硬件电路总体结构图。
[0012]图2为电平转换电路原理图。
[0013]图3为探测器原理图。
[0014]图4为TEC制冷器原理图。
[0015]图5为ADC转换电路原理图。
[0016]图6为差分运放电路原理图。
[0017]图7为USB转换电路原理图。
[0018]图8为电压跟随器原理图。
具体实施方式
[0019]本技术硬件电路主要服务于近红外640
×
512InGaAs探测器阵列，包括TEC制冷器（保证工作在合适的温度点）、信号转换、数据采集、数据发送，电路采用了FPGA实现InGaAs探测器的驱动控制以及数据处理。具体由FPGA完成对探测器工作寄存器的配置，保证探测器的正常工作状态，并且设计了FPGA与上位机之间的串口转USB电路，为干涉图样的获取、数据处理方法的研究提供便利。
[0020]硬件电路总体结构如图1所示，FPGA 是3.3V逻辑电平，探测器的时序驱动和ADC 的时钟输入是 3.3V 逻辑电平，在 FPGA的时序驱动下，探测器将采集的模拟信号经差分运放后，进入 ADC 的输入端，经AD 转换后由FPGA进行数据处理，FPGA 也可以通过USB接口将数据传至 PC 机，在电脑端可以直观地还原出干涉图样，也可以将数据保存，方便对数据处理算法的研究，电源模块为其他各部分电路供电。
[0021]电源电路设计
[0022]电路中探测器需要3.3V、1.8V电压供电，电平转换芯片、ADC芯片需要5V、3.3V电压供电，FPGA需要3.3V电压供电，根据各个元件工作电压的要求，电路板采用了5V电压供电，
通过线性稳压器1117
‑
3.3将5V电压转化为数字电源D3.3V和模拟电源A3.3V给各个模块供电，再通过线性稳压器1117
‑
1.8将3.3V电压转化为数字电源D1.8V给探测器供电，电路设计如图2所示。
[0023]探测器基本配置设计
[0024]探测器为短波红外(0.9um～1.7um) 640(H)
×
512(V)像元阵列规格InGaAs焦平面阵列探测器，提供2/4/8模拟视频输出。积分工作模式分为线性模式和对数模式（当VLOG外部接零电位时，不使用Log模式）。探测器采用3.3V、1.8V直流电源供电，VD33、VD1V8、DGND为探测器的数字电源引脚，VDDA、VDDA3、GNDA3、AGND为探测器的模拟电源引脚。VBP为内置CTIA偏置电压，SUBPV为探测器公共端，电压范围为2.25V～2.95V，LINE1为第一行数据输出标记信号，DATAVALID为有效数据输出标志信号，SERDAT为串口数据输入（配置内部寄存器配置探测器积分电容大小、功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于InGaAs探测器的激光告警硬件电路，其特征在于：包括TEC制冷器、差分运放电路、FPGA、ADC转换电路和电平转换电路，探测器和TEC制冷器连接，探测器还和差分运放电路连接，差分运放电路和ADC转换电路连接，ADC转换电路和FPGA连接，FPGA和探测器连接，电平转换电路为TEC制冷器、差分运放电路、FPGA、ADC转换电路供电。2.根据权利要求1所述的基于In...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁鑫，李晓，吴颖，牛晨林，罗旭辉，翟泰淞，任亦子，闫露，孙亚伟，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：新型
国别省市：