范新明+陈亚玲

摘要：图像传感器的噪声大小直接决定了器件能否正常工作及器件的信噪比和动态范围等关键指标，降低图像传感器的工作温度有利于减小暗电流噪声。为了提高成像质量，该文设计了基于FPGA的温度控制系统。该系统以FPGA作控制器，利用TEC热电制冷，采用PT100热电阻进行温度反馈，构成闭环控制，在FPGA中实现了增量式的PID算法。实验结果表明，设计的系统在功耗为60W的情况下，控制精度可达±2℃，能够满足实际需要，具有一定的工程实际应用价值

关键词：FPGA；PID；TEC；温度控制；成像组件

中图分类号：TH134 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）10-0239-03

Abstract： The noise of the imaging sensor directly determines whether the device can work normally， the SNR（Signal to Noise Ratio） and the dynamic working range. Reducing the temperature of the imaging sensor is good for reducing the noise of dark current. In order to improve imaging quality， this paper designs the temperature control system based on FPGA. The system selects the FPGA as controller， adopts the TEC as the actuator， uses the thermal resistance of PT100 as the feedback and realizes the incremental PID algorithm with FPGA. The experimental results indicate that the designed systems control precision is ±2℃ when the power dissipation is 60W， and it can satisfy the practical requirement and it is of practical value in engineering application.

Key words： FPGA； PID； TEC； temperature control；imaging module

CMOS由于功耗低，工艺简单，摄像系统尺寸小等优点，近年来已经广泛用于商业领域以及航空航天等军用领域[1]。图像传感器的噪声大小直接决定了器件能否正常工作以及器件的信噪比和动态范围等关键指标，降低图像传感器的工作温度有利于减小暗电流噪声。根据经验，温度每升高6-7℃，暗电流噪声增加一倍，因此，降低图像传感器的温度，可以有效提高成像质量，保证其探测灵敏度。传统的水冷控温方式，设计制作难度大，结构复杂，而且其控制精度不高，难以实现小型化。热电制冷器（Thermo Electric Cooler，TEC）作为一种新型的制冷方案，具有体积小、易于控制等特点，在成像组件控温领域展现优良的应用前景[2-5]。

本文以某型相机为背景，为了提高其在低照度下的成像质量，设计了基于FPGA的温度控制系统。该相机选用SCMOS作为成像芯片，采用摆扫方式进行工作，可以获取宽视场的高分辨率图像。……