基于FPGA的非制冷型紅外熱像儀系統(tǒng)硬件設(shè)計.pdf

1、非制冷型紅外焦平面具有體積小，功耗低，價格低，不需要制冷機系統(tǒng)的特點，非制冷型的小型化紅外熱成像儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事，工業(yè)和民用的各個領(lǐng)域，迅速成為國內(nèi)外研究的熱點。
　　本課題以法國ULIS公司17um工藝的UL04472非制冷型紅外焦平面探測器作為核心器件，以altera公司的帶硬核處理器的Cyclone V SoC作為主芯片，設(shè)計了整機功耗<2.5W，電路板面積僅為28x28(單位mm)，接口和功能模塊可擴展的硬件平臺。通過

2、大量方案的比較，確定了FPGA+HPS+MCP的核心架構(gòu)。首次將帶有硬核處理器（HPS）的SOC方案應(yīng)用于設(shè)計，有效提升了整機性能，使得本平臺可以運行 linux系統(tǒng)，實現(xiàn)TF卡存儲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能分析等高級功能。以前這些功能需要很復(fù)雜的后續(xù)處理系統(tǒng)才能完成，而本設(shè)計在機芯中就能實現(xiàn)。MCP結(jié)構(gòu)作為手機中常用的存儲方案被應(yīng)用于本設(shè)計，極大的節(jié)省了電路板面積和降低了系統(tǒng)功耗。針對探測器偏置電源小電流，低 Rms紋波噪聲的特點，設(shè)計了全新的

3、偏置電路，具有極低的紋波噪聲，有力的保證了探測器輸出的信噪比。探測器輸出的模擬視頻，經(jīng)過阻抗轉(zhuǎn)換、信號調(diào)理、單端轉(zhuǎn)差分、有源濾波等電路送到ADC中進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再送給FPGA采集邏輯，F(xiàn)PGA內(nèi)部再進行一序列的非均勻性校正，圖像增強等處理，最終通過視頻編碼器以模擬（CVBS）和數(shù)字（HDMI）兩種方式輸出。PCB設(shè)計將整個系統(tǒng)分成3個單板，按功能依次劃分為探測器驅(qū)動板，核心處理板，電源和接口板。硬件層次結(jié)構(gòu)合理劃分，針對不同探測器和后續(xù)

4、接口變更，只需要單獨修改探測器驅(qū)動板或者接口板，而最復(fù)雜的核心處理板可以繼續(xù)利用。根據(jù)探測器的時序要求，設(shè)計了探測器驅(qū)動邏輯，串行控制器邏輯，視頻采集邏輯，模塊內(nèi)部的控制邏輯時鐘獨立于總線時鐘，減小了整個邏輯設(shè)計資源開銷，降低了系統(tǒng)功耗，參數(shù)化的設(shè)計，保證了邏輯模塊的可移植性。
　　最終通過評估，本課題開發(fā)的紅外熱像儀硬件平臺具有體積小、功耗低、質(zhì)量輕、性能強、易于功能拓展、軟硬件可升級的特點，在整體方案、性能和功能上上優(yōu)于業(yè)內(nèi)同