优化红外热成像系统的尺寸、功耗与成本

热成像跨越工业制造、安防、环境监测等领域。因红外波长区别于可见光，设计师须针对性定制硬件以实现最优性能——从而打造更小、更低功耗、更具成本效益的系统。

红外光谱

人眼仅捕捉电磁波谱可见光部分。红外（IR）辐射位于可见光之外，是探测热特征的关键——物体温度直接决定其 IR 输出。

热成像仪最初用于夜间目标获取，现服务广泛用途，包括：

• 早期火灾探测与植物健康监测
• 工厂自动化与工业 4.0 流程
• 能源审计定位建筑热泄漏
• 夜间周界与野生动物监控
• 风暴与飓风追踪
• 体温异常医学诊断
• 飞机、火车等重型设备检测
• 野生动物保护与精准农业
• 灾害响应与救援行动

应用清单持续扩展推动研发投入，使热成像仪愈发强大且亲民。

典型热成像仪由外壳、镜头、IR 传感器、板载电子——图像处理器、FPGA、存储器、通信与显示电路组成。镜头聚焦 IR 能量至传感器，将热特征转为可见图像。

IR 传感器分辨率从 80×60 到 1280×1024 像素。与可见光相机相比，每像素须更大（约 25 µm 对比消费级传感器 1.7 µm）以捕捉长波长。因此热成像仪整体分辨率较低，但更大像素尺寸支持精准测温——部分机型可检测 0.01°C 差异。

存储挑战

热成像仪中 FPGA 处理原始传感器数据。其内部 RAM 常不足，设计师依赖片外存储用于算法、显示缓冲、通信。片外存储也为未来密度增长提供扩展性。

传统使用 DDR DRAM。然而热成像分辨率适中，高密度 DRAM 非必需，反增成本、引脚数、功耗。DRAM 易失性需周期性刷新，进一步增加功耗——这对电池供电设备是个问题。

Infineon HyperRAM 解决这些局限。基于内置自刷新的 DRAM 核心，HyperRAM 仅消耗 25 mA，大幅降低功耗并提供可比吞吐量（约 400 MB/s）。采用 12 引脚 HyperBus 接口，远少于 DDR 的 30+ 引脚，简化 PCB 布线与层数。

表：HyperRAM 与 SDR DRAM 对比（64 Mb 器件）。来源：Infineon Technologies

HyperBus 内存控制器可作为 FPGA 软 IP 实现，免去笨重 DDR 控制器。图 1 展示引脚数优势：DDR 系统需两条总线共 41 引脚、六层 PCB；HyperRAM/HyperFlash 系统仅用单条 13 引脚总线、两至四层。

图 1：DDR-SDRAM/NOR Flash 与 HyperRAM/HyperFlash 引脚数对比。来源：Infineon Technologies

外部 NOR Flash 常用于非易失性配置存储。HyperFlash——带 HyperBus 接口的 NOR Flash——可与 HyperRAM 共享同一 13 引脚总线，将引脚数从 41+ 降至 13。HyperFlash 与 HyperRAM 提供 64-512 Mb 容量，支持 HyperBus 与 Octal xSPI JEDEC 标准接口。

选择匹配热成像需求的存储器，OEM 可精简 PCB 设计、降低成本、削减功耗、延长电池寿命。

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