RTD6122CH 是国产 12μm 非制冷红外探测器的量产主力型号之一：640×512 有效面阵、14bit 数字输出、片上 6bit 非均匀性校正，全部控制经一条 SD0 串行线以带内编码完成。本文面向电子工程师，把数据手册中分散的电气参数、408 bit 配置字、输出时序与调试流程整理成一份可上手的完整参考。
RTD6122CH 基于氧化钒（VOx）微测辐射热计焦平面阵列，读出电路（ROIC）采用 CMOS 工艺，与敏感元一起高真空封装，属长波红外（8–14μm）非制冷探测器。输出为14bit 原始数字视频：探测器完成像元读出与模数转换，两点 NUC、盲元替换、图像增强等处理全部由后端承担。成像相关的主要规格汇总于表 1。
| 项目 | 指标（条件） |
|---|---|
| 阵列规模 | 有效面阵 640×512；全面阵 656×522 |
| 像元中心距 | 12μm |
| 敏感元技术 | VOx 微测辐射热计 |
| 响应波段 | 8–14μm 长波红外 |
| 数字输出 | 14bit，逐行读出，白热极性 |
| 帧频 | ≤60Hz（常用 50/30/25Hz） |
| 热灵敏度 | NETD <40mK（f/1.0、50Hz、300K） |
| 热时间常数 | <12ms |
| 功耗 | <170mW（50Hz、25°C，不计 TEC） |
| 片上校正 | 6bit 非均匀性校正（OOC），逐像元调整、当帧生效 |
| 镜像功能 | X、Y 方向独立镜像（配置字控制） |
| 可操作率 | ≥99.5% |
| 工作温度 | -40~+85°C |
| 封装 | 32-Pin 陶瓷，22×22×4.58mm，重量 ≤6g |
面阵定义直接决定了采集逻辑的寻址方式，需要先建立准确的空间概念：探测器输出 522 行 × 656 列，其中第 8–519 行、第 10–649 列为有效面阵；第 654 列为片上温度传感器输出（DTEMP 列），第 655 列为测试列（TEST 列），全部 656 列随像素流一同输出。坐标原点在左上角，行向下递增、列向右递增，如图 1 所示。
invalid 区并非无意义：帧结构与参考信号的判别、暗电平观察都依赖固定列位置；后端做列地址映射与坏列替换时同样以全面阵坐标计算（见第七节）。
探测器引脚按功能分为五组，如表 2。数字 I/O 由 DVDD（1.8V）供电，接口电平为 LVCMOS18。
| 分组 | 引脚 | 功能 |
|---|---|---|
| 数字输出 | DO3–DO0 | 像素数据，4bit 复用，LVCMOS18 |
| 数字输入 | MCK | 主时钟，LVCMOS18，占空比 45–55% |
| 数字输入 | SD0 | 配置 / 复位 / 帧行同步编码输入、OOC 偶数列数据输入；上电过程中需保持高电平 |
| 数字输入 | SD1 | OOC 奇数列数据输入，LVCMOS18 |
| 电源 | VDET | 传感器偏置 11V |
| 电源 | AVDD | 模拟供电 3.3V |
| 电源 | DVDDH | 数字 IO 供电 3.3V（可与 AVDD 共路，需磁珠隔离） |
| 电源 | DVDD | 数字内核供电 1.8V |
| 模拟滤波 | CAP1 / CAP2 / CAP3 | CAP1、CAP3 各接 1μF 到 AGND；CAP2（约 2.7V）接 1–10μF（推荐 0805 封装）到 VDET |
| 模拟输出 | VTEMP | 片外温度传感器输出，供 TEC 温控环路采样 |
| 温控 | TEC+ / TEC- | 半导体制冷器驱动 |
| 地 | DGND / AGND / DETCOM | 数字地 / 模拟地 / 传感器参考地 |
| 其它 | RESERVED / GETTER | 悬空处理 |
供电是这类探测器设计的第一坑位：探测器对电源噪声敏感，模拟部分噪声会直接反映在成像画面上。四路电源的电压窗口、典型电流与最大允许噪声见表 3。所有供电引脚需 10μF 与 0.1μF 并联去耦，0.1μF 必须紧邻引脚放置；VDET（11V）由 DC/DC 升压加低噪声 LDO 两级产生，AVDD 与 DVDD 建议采用低噪声 LDO（参考设计选用 ADP7102），DVDDH 与 AVDD 共路时必须经磁珠隔离。
| 引脚 | 电压/V（最小–典型–最大） | 典型电流/mA | 最大噪声 |
|---|---|---|---|
| VDET | 10.8 – 11.0 – 11.2 | 4.89 | 30μV |
| AVDD | 3.2 – 3.3 – 3.4 | 18.32 | 50μV |
| DVDDH | 3.2 – 3.3 – 3.4 | 1.18 | 1mV |
| DVDD | 1.75 – 1.8 – 1.85 | 11.69 | 1mV |
表 3 中的最大电流口径为 85°C 下的可能最大值（VDET 25mA、AVDD 25mA、DVDDH 5mA、DVDD 25mA），电源按此口径留裕量。数字信号的电平与接口时序约束分别见表 4。
| 参数 | 条件 | 最小 | 典型 | 最大 |
|---|---|---|---|---|
| 输入高电平 VIH | MCK / SD0 / SD1 | 1.5V | — | DVDD+0.3V |
| 输入低电平 VIL | MCK / SD0 / SD1 | -0.3V | — | 0.3V |
| 输入漏电流 | — | ±10μA | ||
| 输入电容 | — | 2pF | ||
| 时钟占空比 | MCK | 45% | 50% | 55% |
| 输入建立时间 T_setup | SD 相对 MCK | 1.5ns | ||
| 输入保持时间 T_hold | SD 相对 MCK | 1.2ns | ||
| 输出上升沿 Tr | 10%–90% | 0.48ns | 0.7ns | 1.07ns |
| 输出下降沿 Tf | 10%–90% | 0.36ns | 0.53ns | 0.86ns |
| 输出延迟 Tdr | 上升沿相对 MCK | 3ns | 4.4ns | 6.4ns |
| 输出延迟 Tdf | 下降沿相对 MCK | 2.9ns | 4.3ns | 6.1ns |
输出延迟最大 6.4ns，已接近 76MHz（13.2ns 周期）下的半周期极限（6.6ns）——普通 FPGA IO 虽然无需专用源同步电路，但采样点必须落在数据有效窗口内并留扫描余量（方法见第七节采样点调整）；同时 5pF 的负载条件意味着 PCB 上 DO 走线应短，负载电容越大时序越紧。
探测器的全部工作参数封装在一个 408 bit 的配置字（SmartData）中，经 SD0 一次写入，下一帧生效，保持至复位或断电。配置字中可直接调整的字段共 13 组，按功能分为工作配置、增益调节、工作模式与输出调节四类，见表 5。
| 类别 | 字段 | 位域 | 默认值 | 含义与成像模式下的作用 |
|---|---|---|---|---|
| 工作配置 | XMIR | D184 | 0 | 行方向镜像：0 从左到右，1 从右到左 |
| YMIR | D185 | 0 | 列方向镜像：0 从下到上，1 从上到下 | |
| IRG<5:0> | D328–D323 | 39 | 帧频：39(d)=50Hz、23(d)=30Hz、19(d)=25Hz；MCK 需同步满足行周期约束 | |
| ADDR_A<9:0> | D304–D295 | 1023 | 坏列替换坐标 A（0–653，全面阵列；1023 为不启用） | |
| ADDR_B<9:0> | D314–D305 | 1023 | 坏列替换坐标 B；两路无优先级，不应写同一坐标 | |
| 增益调节 | INT_CAP<2:0> | D188–D186 | 3 | 积分电容 3–10pF（000–111），决定 CTIA 等效增益（见表 8） |
| INT_TIME<6:0> | D175–D169 | 70 | 积分时间：Tint = (INT_TIME×32+16) × TMCK | |
| RST_TIME<6:0> | D182–D176 | 7 | 模拟复位时间：Trst = (RST_TIME×32+16) × TMCK；约束 Trst≥3μs（50Hz） | |
| 工作模式 | SAB_EN | D362 | 1 | 0=TCC 模式，1=SAB（自偏置）模式；出厂默认 SAB |
| 输出调节 | GOF<6:0> | D202–D196 | 77 | 全局 offset 配置位（正相关） |
| SFB_GOF<6:0> | D209–D203 | 77 | 自偏置全局 offset；SAB 模式下应与 GOF 配置相同 | |
| ADC_GAIN<6:0> | D335–D329 | 55 | ADC 增益调节（正相关），配合 GOF 校准动态范围 | |
| SFB_OOC<5:0> | D195–D190 | 32 | SAB 模式下面阵输出均值调节（正相关）；TCC 模式下为负相关 | |
| NTCC<12:0> | D223–D211 | 7686 | TCC 模式下面阵均值调节，SAB 模式下无效；位权重 <12:5>=1、<4>=1/2、<3>=1/4、<2>=1/8、<1>=1/16、<0>=1/32 |
三组约束贯穿所有配置组合，写配置前应先核算：
出厂提供 SAB 与 TCC 两种模式在 50/25/30Hz 下的完整默认配置（成像用途）。表 6 对三组 SAB 模式默认配置做逐字段解析，可对照理解各字段如何随帧频联动。
| 字段 | 50Hz @ MCK=76MHz | 25Hz @ MCK=50MHz | 30Hz @ MCK=50MHz |
|---|---|---|---|
| IRG（帧频） | 39（50.0Hz） | 19（25.0Hz） | 23（30.0Hz） |
| XMIR / YMIR | 0 / 0 | 0 / 0 | 0 / 0 |
| ADDR_A / ADDR_B | 1023 / 1023（不启用） | 1023 / 1023 | 1023 / 1023 |
| INT_CAP（积分电容） | 3（6pF） | 5（8pF） | 3（6pF） |
| INT_TIME | 70 | 70 | 70 |
| RST_TIME | 7 | 7 | 7 |
| INT+RST 恒和校验 | 77 ✓ | 77 ✓ | 77 ✓ |
| Tint（实际积分时间） | 29.68μs | 45.12μs | 45.12μs |
| Trst（实际复位时间） | 3.16μs | 4.80μs | 4.80μs |
| SAB_EN | 1（SAB） | 1（SAB） | 1（SAB） |
| GOF | 75 | 75 | 72 |
| SFB_GOF | 75 | 75 | 95 |
| ADC_GAIN | 57 | 62 | 64 |
| SFB_OOC | 33 | 37 | 32 |
| NTCC（SAB 下无效） | 7686 | 7188 | 7686 |
三组配置呈现出清晰的联动规律：IRG 决定帧频，MCK 随帧频换挡，积分电容决定增益档位，输出调节字段负责把工作点拉回目标区间。50Hz 用 76MHz、25/30Hz 用 50MHz 的 MCK 选型是"取比约束最小值稍大的整数 MHz"的直接结果——50Hz 最小 72.3MHz 取 76、25Hz 最小 36.15MHz 与 30Hz 最小 43.38MHz 同取 50MHz，可在两档帧频间复用同一时钟源。需要注意：30Hz 档出厂配置的 SFB_GOF（95）与 GOF（72）并不相同，而手册要求 SAB 模式下两者一致，该档属历史存量配置，以此档为基础调参时应先复核两字段。
积分电容的选择是典型的增益—动态范围权衡，表 7 给出 RTD6122CH 在 f/1、50Hz、300K 条件下的实测趋势（典型值）。
| INT_CAP<2:0> | 积分电容 | RMS 时间噪声 | 响应率 SiTF | NETD |
|---|---|---|---|---|
| 000 | 3pF | 7.571cnt | 285.462cnt/K | 26.535mK |
| 001 | 4pF | 5.729cnt | 212.251cnt/K | 26.974mK |
| 010 | 5pF | 4.642cnt | 169.172cnt/K | 27.452mK |
| 011 | 6pF | 3.922cnt | 140.665cnt/K | 27.903mK |
| 100 | 7pF | 3.418cnt | 120.669cnt/K | 28.434mK |
| 101 | 8pF | 3.070cnt | 104.647cnt/K | 29.308mK |
| 110 | 9pF | 3.454cnt | 92.952cnt/K | 37.089mK |
| 111 | 10pF | 2.530cnt | 83.477cnt/K | 33.041mK |
积分电容越大，CTIA 等效增益与输出摆幅越低，RMS 噪声计数随之下降，但 NETD 并不改善反而劣化——灵敏度由 NETD=RMS/SiTF 决定，SiTF 掉得比 RMS 更快。增大 INT_CAP 的正确用途是压低输出摆幅、扩大不饱和余量与动态范围（25Hz 默认配置选 8pF 即为此权衡），而不是提升热灵敏度。
RTD6122CH 没有独立的帧同步、行同步引脚：全部控制功能都经 SD0 线上的特定串行编码完成，SD1 仅在 OOC 回写时作为奇数列数据通道。SD0 四种功能编码与优先级见表 8。
| 功能 | 编码 |
|---|---|
| 复位（RST） | 连续 27 个"1"后跟一个"0"（27×'1' + '0'） |
| 配置（CONFIG） | 1111111_1010101，随后连续写入 408bit 配置字 |
| 帧同步（FS） | 1111111_1010011 |
| 行同步（LS） | 1111111_1010111 |
上电后首先发复位码使内部状态归位，再写入配置字，之后进入稳态——每个帧周期发一次 FS、每行发一次 LS，帧标志与行标志之间、相邻行标志之间至少间隔 2770 个 MCK 周期。复位与配置写入的码型分别如图 3、图 4 所示，帧/行同步的完整时序如图 5 所示。
带内编码意味着后端必须逐位生成同步序列：FPGA 侧通常用一个小的码型状态机驱动 SD0，在帧首插入 FS、每行起始插入 LS，并保证与 MCK 的建立/保持关系（表 4）。配置字完整写入后于下一帧生效，在此之前探测器仍按原配置工作。
像素数据经 DO3–DO0 四线复用输出，基本节拍为：每 7 个 MCK 周期输出 2 列 14bit 数据——DO3 与 DO2 固定承载奇数列、DO1 与 DO0 固定承载偶数列；列内 14bit 由两条数据线分担，DO3（DO1）在 7 个周期内依次输出 D13、D11、D9、D7、D5、D3、D1，DO2（DO0）依次输出 D12、D10、D8、D6、D4、D2、D0，即每个 MCK 周期每线 1bit、两线合计 2bit，位交叉排布如图 6 所示。DO 信号在 MCK 下降沿变化，采集侧建议按 MCK 上升沿取数（采样点优化见第七节）。
帧同步与行同步之后、像素数据之前，输出流中嵌有固定的参考数据：帧同步后的 8 个标志字与 14 个二进制权重参考信号重复输出至下一个行同步；行同步后参考数据只输出一次，随后进入该行 656 列像素数据，DTEMP 与 TEST 两列嵌在数据流末尾，分别如图 7、图 8 所示。
第 654 列 DTEMP 是片上温度传感器的数字输出：灵敏度约 -33.8 cnt/K（拟合斜率 -33.756，R²=0.9998），20°C 典型输出 6867 cnts，个体差异按出厂 TestReport 修正。后端应保留 DTEMP 列用于实时温度监测，为随温补偿与 TEC 温控提供输入。
参考信号的作用是标定数据通道：14 个二进制权重参考（1–8192）覆盖 ADC 全量程，8 个满度/零标志字用于判别帧头与通道有效性。后端采集逻辑应先在参考信号段验证位序与码值（判别方法见第七节初次调试），再进入像素数据解包；DO 上的无效区数据（invalid 列、DTEMP、TEST）不参与成像，但 DTEMP 列应保留用于温度监测。
RTD6122CH 的片上非均匀性校正（OOC）对逐像元输出做 6bit 偏移调整：后端为每个像元计算 OOC 值，经 SD1（奇数列）、SD0（偶数列）持续回写，当帧生效、需每帧持续发送。写入格式为每像元 6bit、相邻数据以"0"位分隔，行同步后 7 个 MCK 起顺序写入 Pixel 0–653 的 OOC 数据；输出第 N 行时写入第 N+3 行的校正值，第 521 行数据写完后回写第 0–2 行，时序关系如图 9 所示。
OOC 的调整方向与量化步进由器件特性决定：实测 OOC-DOUT 曲线线性区斜率约 -871.99 cnt/LSB（R²=0.9999），即 OOC 值每加 1、像元输出约降 872 cnt。出厂校正的目标是逐像元扫描 OOC、把全面阵输出收敛到 8000±450 cnt 以内；校正值按"目标区间 900 cnt 窗口、步进影响约 872 cnt"设计，可保证每个像元存在唯一可行 OOC 值。
说明书把调试分为初次与常规两个阶段。初次调试按顺序逐项验证，当前项通过前不要进入下一项：
若第 3 步参考数据不正确，回查第 1–2 步并确认探头接触；若第 4 步数据组合不符，核对程序中的位交叉排布。调试第 1–2 步时务必保持空载，避免损坏探测器。
常规调试以出厂 TestReport 为起点，依次完成四个环节（全程盖镜头盖或面对均匀面/黑体）：
采样点选取是最后一步、也是最容易被忽视的一步：DO 信号在 MCK 下降沿变化，建议先按 MCK 上升沿取数，再在有效窗口内逐步移动采样点，以图像质量与面阵 RMS 为准则择优——采样点不当的典型表现是画面闪点、RMS 由正常的约 4 cnt 恶化到约 6 cnt。
另外两点使用注意：上电过程中 SD0 必须保持高电平；镜头面对太阳直射会造成探测器永久性损坏，调试与使用时均需避免。
输出面阵中若出现电路坏列（整列输出恒为 0 或 16383），可用全面阵末尾的 2 列备用列替换：把坏列的全面阵坐标（0–653，含左侧 invalid 偏移）写入 ADDR_A 或 ADDR_B，替换后坏列之后的列自动前移 1–2 列、末尾由备用列补齐。两路无优先级、不得写同一坐标；坏列数量不超过 1 时另一路保持默认 1023。坏列替换应在上电后完成，再进行工作点调整与 OOC 校正；出厂 TestReport 配置已包含坏列替换，自研配置时需自行处理。
RTD6122CH 的上手路径可以归纳为一条主线：按表 3/表 4 设计供电与接口电平，按第三节核算 MCK 与配置字（IRG 定帧频、MCK 取约束最小值以上的整数 MHz、INT+RST 恒和 77），用 FPGA 状态机产生 SD0 带内编码与 FS/LS 序列，按 7 MCK/2 列的位交叉解包 DO 数据、以参考信号段验证通道，最后走完 TestReport 配置→ADC/DC 调整→OOC 校正→采样点选取的调试链。掌握这套时序与配置体系后，同类自定义时序探测器的接入只是码型与配置字段的差异问题。
