解决方案|芯佰微：以精准信号调理、高效数模转换及可靠电源管理，赋能红外机芯
来源:芯佰微电子发布时间:2025-09-054191浏览
询问 AI总述：
红外机芯作为红外热成像系统的核心组件，集成光学系统、红外探测、信号处理及热控等多领域核心技术，通过红外探测器捕获目标红外辐射后，经信号调理电路（如运算放大器实现信号放大与滤波）、数模转换及主控单元（FPGA/SOC、TI-DSP等）协同处理，辅以电源管理（LDO、DC-DC等）与温控电路保障系统稳定，最终输出高清晰度热成像信息。该组件广泛应用于安防监控、工业检测、医疗诊断等关键领域，为目标精准探测、温度定量分析提供核心技术支撑，是实现红外智能感知的基础硬件平台。
一、行业技术瓶颈深度剖析
ADC性能局限：现有ADC在精度与采样速率的协同优化上存在短板，面对复杂动态红外信号时难以实现高精度转换，直接影响后端数据处理的准确性；同时，高速ADC普遍存在功耗与成本也存在着平衡的难题。
集成度与功耗矛盾：为满足红外机芯小型化、便携化发展需求，现有FPGA/SOC、TI-DSP等核心电路模块的集成度仍需提升；且系统级功耗控制不足，导致电池续航能力受限，无法满足长时间连续工作场景需求。
电源管理稳定性不足：DC-DC、LDO等电源转换电路在电压输出过程中易产生纹波与噪声干扰，不仅影响信号链模块的正常工作，还会降低机芯整体的运行稳定性与可靠性。
二、芯佰微全链路解决方案
在红外机芯技术不断突破边界的当下，芯佰微基于对精密信号链的深度理解，针对性推出系列高性能芯片产品，构建“信号采集-处理-调控-供电-传输”全链路技术支撑：从红外探测器输出信号的精准采集，到热成像数据的高效处理与传输，再到系统的稳定供电与接口协同，直击红外机芯在低噪声成像、高速响应、宽温稳定等核心需求，助力红外技术在安防监控、工业检测、医疗诊断等多场景下的效能升级。
红外机芯应用框图
（一）核心芯片产品及特性
1、高速模数转换芯片ADC（CBM16AD125）：16位高分辨率+125MSPS高速采样，实现红外模拟信号的精准快速采集，低噪声特性有效保障热成像信噪比。
l 高分辨率与高采样率：16位分辨率可精准捕捉模拟信号细微变化（DNL±0.7LSB），125MSPS采样率适配高速数据采集场景；
l 优异信号指标：Fin=70MHz/Fs=125MSPS条件下，SNR=78dBFS、SFDR=88dBc，，能够有效抑制谐波，确保信号纯净度。小信号输入噪声低至−153dBm/Hz（200Ω输入阻抗/Fin=70MHz/Fs=125MSPS），显著抑制环境干扰；
l 宽输入范围与高带宽：差分模拟输入带宽为650MHz，差分模拟输入范围最大可达2Vp-p，既能够处理高频雷达信号，又能兼容不同幅值的工业传感器信号，拓展了应用边界。
l 低功耗特性：功耗仅为800mW@125MSPS，相比同类产品，能耗可减少30%以上，灵活的掉电选项通过智能功耗管理技术，在设备待机时自动降低功耗，提升了能源利用效率。
l 集成度高与灵活性强：内部集成了基准电压源，简化了电路设计，减少了约20%的电路板空间占用。内置1至8整数输入时钟分频器，支持用户根据实际需求灵活调整时钟频率。时钟占空比稳定器可实时监测并调整时钟信号，确保ADC稳定运行。
l 输出模式灵活：输出数据可直接送至两个外部16位输出端口，支持1.8VCMOS和LVDS两种模式，适配不同数字电路接口标准，三线式SPI兼容型串行接口简化了配置流程，用户可快速设置芯片参数。
2、高精密DAC（CBM53D24）：12位高精度DAC输出，精准调控红外机芯信号，多通道设计适配复杂模块协同控制需求。
l 低功耗设计：3V供电下的低功耗特性适配电池供电场景；
l 高分辨率：12位的分辨率提供了精确的模拟输出，适用于需要高精度的应用。
l 高分辨率与多通道：12位分辨率保障输出精度，4路缓冲电压输出提升应用灵活性；
l 高兼容：三线串行接口兼容多种通信协议，如SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP，方便与各种微控制器和处理器连接。
3、高速放大器芯片OPA（CBM8051）：高带宽放大微弱红外电信号，低失调电压稳精度，轨到轨输出灵活适配机芯组件输入。
l 宽电源电压范围：支持2.5V至5.5V的单电源供电，能够适应多种不同的电源环境，可在电池供电或其他低压电源系统中稳定工作。
l 高带宽：-3dB小信号带宽（G=+1）为150MHz（典型值），最高可提供250MHz（G=+1）的宽带宽能够满足高频信号放大的需求，适用于高速信号处理电路。
l 低输入偏置电流：输入偏置电流仅为1pA（典型值），这使得放大器对输入信号源的负载影响极小，能够准确地放大微弱信号，适合用于高精度的模拟信号处理电路。
l 低静态电流：每个放大器的静态电流为2.8mA（典型值），功耗较低，有助于延长电池供电设备的续航时间，适合便携式设备等对功耗有严格要求的应用场景。
l 宽工作温度范围：工作温度范围为-40°C至+125°C，具有良好的环境适应性，能够在恶劣的工业环境或其他极端温度条件下稳定工作。
4、线性稳压器芯片LDO（CBM1764）：低压差转换效率高，3A大电流稳输出，过流/过热保护提升机芯可靠性、延长续航（便携场景），低输出电压噪声，适合为噪声敏感的系统供电。
l 低压差特性：能够在输入电压与输出电压较为接近的情况下高效工作，提高电源效率，适用于对电压损耗要求严格的电路。
l 高输出电流能力：可提供高达3A的输出电流，能满足大功率设备的电源需求，如大功率放大器、电动机驱动电路等，保证设备有足够的电源供应，避免因电流不足导致设备性能下降或故障。
l 低噪声性能：输出电压噪声低至40μVRMS（10Hz-100kHz），对于对噪声敏感的应用，如RF（射频）电源应用、高精度模拟电路等非常重要，可提供干净的电源环境，提高设备的信号质量和可靠性。
l 宽输入电压范围：支持2.7V至20V的宽输入电压范围，能在不同的电源环境下工作，无论是电池供电、适配器供电还是其他电源形式，只要输入电压在这个范围内，都可以正常工作，为设备提供稳定的电源输出。
l 保护功能完善：内部包含反向电池保护、电流限制、热限制和反向电流保护等功能，可有效防止因过压、过流、过热或反向电流等问题导致的器件损坏，提高系统的可靠性和安全性。
l 可调输出范围：输出电压范围可在1.2V至20V之间调节，用户可以根据不同的应用需求选择合适的输出电压，使得CBM1764可以应用于各种不同的电子设备和系统中，满足不同的电源要求。
l 快速瞬态响应：CBM1764专为实现快速瞬态响应而优化，能够迅速适应负载电流的变化，保持输出电压的稳定性，有效减少电压波动，确保设备的正常运行。
5、接口芯片RS232（CBM3232）：在红外机芯中，可精准转换TTL/CMOS与RS-232电平，保障内外数据稳定交互；低功耗适配便携场景，集成电荷泵简化设计，抗干扰强，提升复杂环境可靠性。
l 高数据传输速率：数据传输速率高达120Kbps，可满足如投影仪主控通讯、交流充电桩计费控制单元等多种应用场景对通讯速率的要求，也为未来可能的高速通信需求预留了扩展空间。
l 高ESD抗干扰能力：具备±15KV空气放电等级和±8KV接触放电等级，部分型号如CBM3232能达到（IEC61000-4-2，±12kV接触放电）（IEC61000-4-2，±15kV空气放电），可将接口器件损坏的可能性降为最低，保证了设备接口的可靠性，减少因静电放电等因素导致的故障。
l 宽电源电压范围：可在3.3V至5.5V电源范围内工作，能适应多种不同的电源环境，在不同的供电条件下都能稳定运行，提高了芯片的适用性和灵活性。
l 电路设计简单：以3.3VVcc供电为例，CBM3232芯片外部仅需5个0.1μF电容即可在3.3V电源下运行，减少了外部元件的使用，降低了电路设计的复杂性和成本。
l 兼容性强：兼容国际标准TIA/EIA-232，对RS232外设兼容性强，便于与各种符合RS-232标准的设备进行连接和通信，可广泛应用于笔记本、掌上电脑、打印机等多种设备。
l 工作温度范围广：部分型号工作温度为-40-85℃，能满足工业级应用场景的要求，可在较为恶劣的环境温度下稳定工作，适用于如工业控制、车载电子等对环境适应性要求较高的领域。
应用场景落地：技术价值的场景化验证
芯佰微通过高速 ADC、高精度 DAC 等核心芯片技术，赋能红外机芯适配多元场景，发挥信号精准调控价值：
（一）安防监控领域
夜间及复杂恶劣环境安防：在无可见光、暴雨、大雾、浓烟等场景下，红外机芯通过捕获目标自身热辐射实现全天候清晰成像，广泛应用于边境巡逻、厂区安防、小区夜视监控，精准识别非法入侵与异常活动。
重点区域智能防控：针对油库、变电站、文物古迹等敏感区域，红外机芯结合智能温度异常报警算法实现24小时持续监测，及时预警设备过热、火灾隐患及人员闯入风险。
（二）工业检测与运维
设备故障预测性诊断：通过检测电机、变压器、电路板等设备的温度分布，快速定位接触不良、短路等导致的局部过热隐患，提前预警故障以减少停机损失，应用于电力巡检、机械制造、轨道交通等领域。
建筑与能源精准检测：建筑领域可识别墙体保温缺陷、热水管道泄漏等热损耗异常；能源领域用于光伏板热斑检测、风力发电机齿轮箱及轴承过热监测等场景。
工业制程温度管控：在冶金、化工等行业，实时监测高温炉体、反应釜的温度场分布，确保生产工艺参数稳定，规避温度失控引发的安全事故。
（三）医疗健康领域
大规模体温快速筛查：红外机芯实现人体表面温度（额头、手腕）非接触式测量，在机场、车站、医院等人流密集场所构建高效筛查链路，辅助传染病防控。
医学诊断辅助支撑：在专科诊疗中，红外热成像技术通过检测局部温度异常（如炎症、血液循环障碍导致的温差），为关节炎、乳腺疾病等诊断提供辅助依据（需结合临床其他检查结果）。
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