一种高速EM CCD 图像传感器CCD97时序驱动电路的设计方法

1、一种高速EM CCD 图像传感器CCD97时序驱动电路的设计方法摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTAC)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为126 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于05 dB，采用18 V电源，TSMC 018m CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte EMCCD （ E lectr on Mult iply ing Charg e Co upled

2、Device） 是新一代高质量微光成像器件。与传统CCD（ Charg e Coupled Device） 相比， 它采用了片上电子增益技术， 利用片上增益寄存器使图像信息在电子转移过程中得到放大， 这使得它在很高的读出速率下仍具有相对很低的读出噪声， 能在微光源下高分辨力成像。EMCCD的这些特性使其在航天微光目标探测、微光生命科学成像、军用高性能夜视探测等领域具有极大的应用潜力。EMCCD 驱动电路是EMCCD 应用的核心技术， 其性能直接影响到成像质量。目前常用的时序产生方法有以下几种：（ 1） 直接数字电路驱动法。这种方法原理简单， 容易实现。但是逻辑设计较复杂， 调试非常困难， 而且

3、在实际电路中因使用芯片较多， 为整个系统带来不可靠性。（ 2） MCU 驱动法。该方法是通过编程MCU 的I/ O端口来获得CCD 驱动脉冲信号的。这种方法的灵活性好， 精度也可以很高， 对不同的CCD 器件只需要修改程序即可。由于CCD 的驱动频率为MHz 级， 使得选用MCU 器件的工作频率必须很高（ 提高了硬件成本） , 同时因频繁的中断和任务调度使MCU 效率很低。（ 3） EPROM 驱动法。这种驱动电路一般由晶体震荡器、计数电路和EPROM 存储器构成。这种驱动时序产生方法， 结构简单、明确， 调试容易， 缺点是结构尺寸太大， 对于实现复杂的驱动时序有较大困难。（ 4） 专用IC

4、驱动方法。这种方法就是利用CCD专用IC 来产生时序， 集成度高， 功能强， 使用方便。对摄像机等视频领域应用的CCD 或三元彩色CCD, 这种驱动方法是首选。一般由相应的CCD 厂家提供。另一种更有效的方法就是使用CPLD, FPGA 等大规模可编程逻辑器件实现。通过对该逻辑器件的编程，能实现任意复杂的时序逻辑， 且调试方便， 只使用一片集成电路以及少数外围器件， 故可靠性高。本文即采用这种方法， 实现了CCD97 所需的12 路驱动时序。1 CCD97 简介CCD97 是E2V 公司的背照式低照度CCD 图像传感器， 有效像素512 512, 像素大小16 m 16 m, 它是帧转移型CC

5、D, 芯片采用反向输出模式抑制暗电流，其灵敏度高， 噪声控制方面精益求精， 由于采用新的输出放大电路， 使它能在11 MHz 的像素读出速率下， 以低于1 电子/ 像素的超低噪声工作， 其量子效率高达92. 5%。它获取图像速度快， 具有正常CCD 和EMCCD双读出模式。在微光成像系统中更具有优越性， 能实现真正意义上的24 h 实时监控。2 驱动电路的设计2. 1 CCD97 驱动电路的要求成像区向存储区的转移波形如图1 所示。图1 成像区向存储区的转移波形信号电荷在增益寄存器中的转移波形如图2 所示。图2 为信号电荷在增益寄存器中的转移波形， 转移脉冲R2HV 的高电平必须先于R1 和R

6、2 到达， 同时R1 和R2 需要交替变化。图2 增益寄存器信号电荷转移时序相位关系帧转移时序如下：I 与S 为帧转移脉冲， R1, 2, 3 为行转移脉冲。I 与S 的典型工作频率为1 MHz, R 的工作频率为11 MHz。在I 1, 2 和I 3, 4 反向时序下， 将成像区图像信号逐行转移至存储区。需要转移的行数为512+ 8+ 8= 528。行转移时序图：与帧转移结束， 在转移时序R 1, 2, 3 以及R HV的时序作用下， 存储区的图像以行为单位进行转移， 逐像素通过移位寄存器组， 然后从读出放大器读出（ EMCCD读出模式） , 其操作时序如图3 所示。图3行转移时序图CCD97 所需的电压和波形如表1所示。表1 CCD97 时序信号的电压需求由CPLD, FPGA 等可编程器件发生的时序逻辑冒充为TT L 型， 要想它能驱动CCD97 工作， 必须按照表1进行电平转换。热门词条供应滤波器 B2RB-20A 交流单相高性能系列陶瓷晶振ZTT ZTA 3.58M 4.00M 6.00M 8.00M 10.00M 12.SMD可调电容STC3MC30-TI-30P水泥电阻 铝壳电阻 绕线电阻 瓷盘电阻 刹车电阻 可调热敏电阻,压敏电阻厂家