基于SPRITE探测器的低噪声前置放大器的设计Ξ王惠林1,齐华1,纪明2(11西安工业学院电子信息科学与工程系,陕西西安710032;21西安应用光学研究所)摘要:为拓展热成像技术的应用,使其可以应用到除军事领域外的其它商业范围,本文就其中的微弱信号处理技术进行了研究.采用国内市场可购得的AD797作核心芯片,对SPRITE探测器输出的微弱信号进行了放大、缓冲,并给出了有关参数及设计时应注意的几个问题.关键词:SPRITE探测器;前置放大器;微弱信号检测中图号:TN911171文献标识码:A文章编号:100025714(2001)0420288204Thedesignoflow2noisepreamplifierbasedontheSPRITEdetectorWANGHui-lin1,QIHua1,JIMing2(1.DeptofElctEngr,Xi’anInstofTech,Xi’an710032,China;2.Xi’anInstofAppOpt)Abstract:Theweaksignalprocessinginthetechnologyofthermalimagingisstudiedinthispapertoexpandtheapplicationofthetechnologyofthermalimagingwhichistobeappliedtocommercialareasbesidesthemilitarypurposes.TheweaksignaloutputoftheSPRITEdetectorisamplifiedandbufferedbytheavilableAD797asthecoreIC.Furthermore,therelatedparametersandseveralproblems,whichparticularattentionsshouldbepaidto,inthedesignisgiven.KeyWords:SPRITEdetector;preamplifier;weaksignaldetecting热成像技术作为一种先进的夜视技术,已经得到了各国的重视和发展,在采用串、并扫II类通用组件热像仪中,国内一般采用光导型的碲镉汞(CMT)红外探测器:SPRITE(signalprocessingintheelement).该器件由一条长约1mm、宽约50μm、厚约10μm的N型CMT形成,含有三个欧姆电极.恒流电路通过两个端电极提供偏压,第三个电极为信号读出区的电位探头.SPRITE探测器的工作重点是要建立一个偏置电场,使得双极漂移速度等于图像沿器件的扫描速度,把红外图像中的空间信息复制成为窄条中的过剩载流子的浓度,并将所复制的积分载流子保存起来(载流子扩散使浓度降低),直到由载流子调制读出区的阻抗而引起一个输出信号,该输出信号平均为0.1mV左右[1,2].如此微弱的信号,要交由后级电路使第21卷第4期西安工业学院学报Vol121No142001年12月JOURNALOFXIπANINSTITUTEOFTECHNOLOGYDec.2001Ξ收稿日期:2000212229作者简介:王惠林(1971-),男(汉),西安工业学院硕士研究生.用,必须事先予以放大,缓冲.考虑到微弱信号容易淹没在噪声之中,以及放大电路不仅会放大有用信号,同时也会放大噪声信号.所以,通常在设计这类放大器时,需要根据微弱信号检测理论,在满足增益、带宽、输入和输出阻抗等要求的同时,尽量减少测量过程中引入的观测噪声,使其具有小的等效输入电压噪声谱密度En.对于军用热像仪,国内、外都采用专用集成电路(ASIC)完成此项工作,但ASIC的专用性却限制了该技术在其它行业的发展与应用.为拓展其通用性,本文介绍了一种采用价格并不昂贵的超低噪声运算放大器,运用微弱信号检测理论进行低噪声电路设计的一个具体实例,最终使输入短路态的等效输入电压噪声谱密度En≤3.0nV/Hz(在30kHz处),并通过在国产Ⅱ类通用组件热像仪中的实验,验证了该方案的工程可行性.1设计原理及分析1.1低噪声半导体器件的选取低噪声放大器的设计关键是低噪声半导体器件(例如双极晶体管和结型场效应管等)的选取、低噪声电子线路及其工作状态的优化设计,同时还包括减少放大器外来干扰的技术措施.其主要目的是在给定信号源(包括信号源阻抗)的条件下,使信号在其工作频率范围内有最小的噪声.在选择半导体器件及其工作点时,还要满足信号源阻抗与放大器的噪声匹配.SPRITE探测器为光导型红外探测器,其信号源阻抗随光照度的变化而改变,但其量级为几百欧姆左右.对于该量级的信号源,一般可选用晶体管、结型场效应管、运算放大器等器件[3].考虑到集成运算放大器使用的便利性,故拟采用低噪声的集成运放作为该放大电路的主要元件.经过认真筛选,最终选定美国AD公司的超低噪声运算放大器AD797作为与探测器相联的低噪声放大器件.该芯片是一款超低噪声、低失真度的运算放大器,是用于专业音响、红外、CCD以及声纳成像系统中前置放大的理想之选.1.2设计方案及分析鉴于SPRITE探测器对其前置放大器的要求以及A...
