基于VXI总线的红外焦平面阵列测试系统

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1、中国科学技术大学硕士学位论文基于VXI总线的红外焦平面阵列测试系统姓名：王健申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：王砚方;王永纲20060401中国科学技术大学硕士学位论文摘要红外焦平面阵列是红外成像系统的第二代探测器，它使红外技术在红外搜索与跟踪、红外前视、导弹制导等军事领域和工业自控、医疗诊断、环境监测、红外天文学等民用和科研领域中得到广泛应用。红外焦平面阵列的性能决定了红外成像的质量，因此研制一套测试系统定量评价其各项性能指标是非常必要的。随着红外探测技术与超大规模集成电路的发展，新型红外焦平面阵列的信号输出范围已达80dB，像元输出速率达6．6MHz，这就

2、要求测试系统的要有16-bit的分辨率、6．6MHz的采样率，目前市面上还没有这样高性能的测试系统。论文研究了红外焦平面阵列性能参数的测试方法，建立了一套基于VXI总线的测试系统。系统由Agilent公司的VXl机箱和零槽控制器及自行研制的数据采集卡和时钟发生器组成，并由计算机通过1EEE．1394总线控制。VPP联盟(vxiplug&play)甫lJ定的虚拟仪器软件体系结构(VISA)方便了VXI总线系统的软件开发，系统的应用软件和仪器驱动程序建立在AgilentVISAI／O库之上。数据采集卡是测试系统的核心模块，决定着系统性能。为了满足高性能红外探测器的测试要求，

3、ADC选用了ADI公司的AD9826，其采样分辨率为16_bit，单通道最高采样率可达12．5MHz。设计中选择了高性能的运放，采用了地平面分隔、数模隔离、低通滤波等技术，以及使用单独的高精度电源供电来降低模拟电路的噪声。整个数据采集卡由前端模拟电路、ADC、时钟模块、FPGA、存储模块、VXI接口、电源模块等几部分组成。卡上存储量达64MB，足够连续采集100帧640x512的图像信号。采集卡利用FPGA实现了像元判选逻辑，具有感兴区功能，支持超大面阵列的测试。VXI接口逻辑由寄存器基接口芯片IT9010实现。测试结果表明，系统的VXI总线的数据传输率能达到4．48M

4、B／s，最高采样率可达8．33MHz，且系统线性度良好。在6．25MHz采样率下，系统的有效分辨率(EffectiveResolution)为13．6一bit，SNR为66．14dB，基本满足了红外焦平面阵列对测试系统的高精度要求。系统还对4NCMOS288x4和320x240两款红外焦平面阵列进行了测试，测出了红外焦平面的像元响应率、探测率、盲元率等性能参数，测试结果准确有效，系统的实用性得到检验。测试系统定量评价红外焦平面的性能，对于改进焦平面的设计、保证焦平面的质量均有重要意义。16-bit测试系统的研制成功，对高精度红外成像系统的开发也有极大的参考价值。基于vX

5、I总线的红外焦平面阵列测试系统论文详细介绍了作者在系统研制中的工作。第一章介绍了论文的工作背景和工作内容；第二章介绍了红外焦平面阵列性能参数测试方法和测试系统的结构；第三章介绍了VXI总线系统、VXI总线器件的设计和虚拟仪器技术在VXI总线系统中的应用；第四章和第五章分别介绍了数据采集卡的硬件和软件设计；第六章介绍了系统性能测试结果以及两款红外焦平面的测试实例，并提出了系统改进方案。关键词：红外焦平面，VXI，虚拟仪器，数据采集，ADC中国科学技术大学硕士学位论文AbstractInfraredFocalPlaneArray(IRFPA)isthe2“generatio

6、ndetectorforinfrared(IR)imaging，whichhasbeendevelopedforvariousapplicationsincludingIRsearchandtrack，medicalexamination，astronomy，forward-lookinginfrared(FLlR)sys,tems，missileguidance，andotherstrategicequipment．CharacteristicsofIRFPAdeterminetheperformanceofIRimagingsystem．It’Snecessaryt

7、oresearchanddevelopasystemformeasuringcharacteristicparametersofIRFPA．IncorporatingtherapidadvancementinCMOSVLSlwiththeprogressjnIRFPAtechnologies，outputdynamicrangenewIRFPAhasachieved80dBandpixeloutputratehasreached6．6MHz．requiringthetestandmeasurementsystemtohavetheperf