红外微弱信号的放大采集系统设计

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1、国密级：中国科学院大学Universitx，ofChineseAcadem、，ofSciences硕士学位论文培养单位：2013年5月ByLIZhaoADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringHefeiInstituteofPhysicalScience，ChineseAcademyofScience

2、sMay,2013学位论文原创性声明郑重声明：本人呈交的学位论文《红外微弱信号的放大采集系统设计》，是在导师的指导下，进行研究工作取得的成果。论文中所有数据、图片资料均真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有的著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位，本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。本人签名：盔到日期：本人签名：二互型∑日期：洳lj、3-．}3致谢春去夏来，三载耕

3、耘，毕业之际，感慨万分。聆听着董铺湖水的波声，凝望着科岛西畔的晚霞，我的硕士生活也随着本篇论文的完成而接近尾声。回顾三年，尽是感激之情。．首先感谢我的导师方勇华研究员。方老师为人真诚，治学严谨，心胸宽阔，知人善任。在工作中，方老师每天很早到办公室，中午很少休息，有时在晚上还能看到他在办公室工作的身影，让我们知道了做事要勤奋认真；在生活中，方老师经常关心我们，无论学习工作中的困难，还是事业发展的困惑，方老师总会尽力关怀；在培养学生时，他战略从严，战术从宽，能充分给予学生自由发挥的空间，既培养了学生的大

4、局观和独立性，也让学生可以主动的思考。方老师做人做事做学问的方式和态度，都将是我的榜样。教导之情，栽培之心，仅以感谢二字报答，我心实在有愧，只能永记于心。衷心感谢易维宁老师、杨世植老师、王先华老师、赵强老师，感谢你们在工作中的帮助和论文开题、中期时给予的意见和建议。衷心感谢实验室的各位师兄吴军博士、刘洋博士、李扬裕博士和李大成工程师，尤其感谢刘家祥博士在专业方面给予的帮助，感谢崔方晓博士和雒静博士在生活中给予的关怀，还要感谢赵彦东、王安静给予的支持和帮助，感谢邹鹏博士、刘恩超博士在系统设计时给予的建

5、议和帮助。衷心感谢研究生部的吴海信老师、邵娴老师在学习和生活中的帮助。还要感谢我的爷爷和我的父母，感谢他们在我十八年求学路上所有的付出。最后要感谢静谧、美丽的科学岛。在岛上的三年间，我与清晨茫茫的薄雾为伴、与黄昏湖畔的落日为伴，与林中轻盈的鸟语为伴、与花间淡淡的芳香为伴，这种环境如同佛家的晨钟暮鼓、青灯古卷一般，让我可以静下心来学习、工作和思考，这将使我终生难忘。摘要本文以红外光谱探测技术为研究背景，设计了光谱仪的电子系统。系统包括中长波红外64元探测器的微弱信号放大采集电路、模拟数字转换电路、US

6、B高速传输电路和基于FPGA的系统主控电路设计。通过对电路的软硬件联调和实际测试表明，本系统模数部分均满足光谱仪的指标要求，设计达到了预期目标。本文从前期调研入手，通过参数指标确定、电路设计、软件仿真、制板实测等步骤完成了整个设计，具体研究内容包括以下几个方面：1、经过全面调研，了解了当前国内外光谱探测仪器中放大系统、采集系统和数据传输系统的一般实现方式；2、通过分析和计算，确定了探测器输出信号的时域特性和频域特性、估算了探测器输出的信号和噪声，提出了电子系统需要的指标和系统的设计方案；3、对红外微

7、弱信号放大电路的关键技术进行了研究，具体包括多路选择器的切换、前置放大电路的设计、噪声匹配的解决、滤波及后级放大电路的设计、直流失调的补偿等，电路设计完成后进行了电路固有噪声的分析，并通过仿真验证了设计的正确性；4、对模拟信号的采集和数字化方法进行了研究，并确定了模数转换方案、设计了16位的模数转换电路；5、对USB传输协议进行了研究，并利用集成化的主控芯片将模数转换后的结果通过USB2．0接口传输至个人电脑中；6、对FPGA技术进行了研究，包括FPGA的工作原理、系统的构建方法、基于Verilog

8、语言的开发方法等，最终利用中端的低成本FPGA高效地解决了整个电子系统的工作流程控制和各模块器件的控制。本文关键点和创新点在于：本文所设计电路可检测到3．59V的直流微弱信号，并结合FPGA技术和USB技术实现了数据的高速传输。系统不仅适用于红外微弱信号的采集，也可广泛用在其它微伏级直流弱信号的检测中。关键词：红外探测器：微弱信号检测；数据采集AbstractADesignofAmplifyingandAcquisitionSystemForInfraredWeakS