專利名稱：一種實現(xiàn)emccd特有驅(qū)動信號的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于CXD驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實現(xiàn)EMCXD (ElectronMultipIy CCD)特有高速高壓驅(qū)動信號的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)EMC⑶特有高速高壓驅(qū)動信號的實現(xiàn)方法報道很少；通常采用集成的驅(qū)動芯片來實現(xiàn)CXD的驅(qū)動，對于一些特殊的高壓驅(qū)動信號，可采用分立三極管和MOSFET 來實現(xiàn)。對較暗目標(biāo)進行成像時，如果CCD的讀出放大器噪聲比較大，常常會掩蓋有用信號，尤其是在讀出速度較高的情況下，讀出噪聲會隨著讀出速度的提高而增大。隨著CCD制作工藝的不斷發(fā)展，EMCCD的問世使得微小的信號也能克服讀出放大器的噪聲，而且此類 CCD在不需要任何附加結(jié)構(gòu)的情況下，能夠得到與ICCD差不多的圖像質(zhì)量；EMCCD的基本結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的幀轉(zhuǎn)移CCD大致相同，但在讀出寄存器和讀出放大器之間加入了數(shù)百個增益寄存器，它的電極結(jié)構(gòu)不同于轉(zhuǎn)移寄存器，信號在這里得到了增益。在增益寄存器中，實現(xiàn)雪崩倍增所需的高壓電場是在增益寄存器中由相鄰電極間大電位差形成的，通常一個電極上約20 50V的高幅值信號而另一個電極保持低直流偏壓，通過調(diào)節(jié)高幅值脈沖的高電平來改變兩電極之間的電位差從而調(diào)控倍增因子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實現(xiàn)EMCCD特有驅(qū)動信號的系統(tǒng)，其可以實現(xiàn)對輸出信號的數(shù)字控制，大大降低了電路功耗和對高速大功率器件的依賴性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種實現(xiàn)EMCXD特有驅(qū)動信號的系統(tǒng)，包括控制器、第一可調(diào)電壓器、第二可調(diào)電壓器、集成驅(qū)動器、隔直電路、直流電平嵌位電路、可調(diào)電感、可調(diào)電阻和匹配電容，所述控制器分別與集成驅(qū)動器、第一可調(diào)電壓器、第二可調(diào)電壓器連接，控制器向集成驅(qū)動器輸入時序驅(qū)動信號，并根據(jù)當(dāng)前的增益要求，分別向第一可調(diào)電壓器和第二可調(diào)電壓器輸出對應(yīng)的數(shù)字參數(shù)值；所述第一可調(diào)電壓器與集成驅(qū)動器連接，其根據(jù)接收到的所述控制器輸出的數(shù)字參數(shù)值輸出對應(yīng)的電壓，為集成驅(qū)動器提供電源，實現(xiàn)集成驅(qū)動器輸出信號幅度的數(shù)字控制；所述隔直電路與集成驅(qū)動器連接，其用于去除集成驅(qū)動器輸出信號的直流電平；所述第二可調(diào)電壓器與直流電平嵌位電路連接，其根據(jù)接收到的所述控制器輸出的數(shù)字參數(shù)值輸出對應(yīng)的電壓，并經(jīng)直流電平嵌位電路向LC諧振電路提供直流偏置；所述可調(diào)電感、可調(diào)電阻和匹配電容與EMCXD管腳相連，組成RLC串聯(lián)諧振電路；可調(diào)電感和匹配電容用于保證RLC電路在特定的工作頻率下電路處于諧振狀態(tài)，可調(diào)電阻用于微調(diào)電路的品質(zhì)因數(shù)，同時在電路諧振的調(diào)試過程中用于限流防止EMCCD管腳上的信號超出EMCCD的正常工作范圍。本發(fā)明的有益效果如下
1、高速高壓驅(qū)動信號不通過傳統(tǒng)的驅(qū)動電路獲得，而是主要利用CXD管腳的等效電容、等效電阻和外部的電感器、電阻器組成的RLC串聯(lián)諧振電路來獲得，大大降低了對驅(qū)動器件的要求，同時也大大降低了該電路的功耗；2、輸出信號的幅度調(diào)節(jié)通過改變第一可調(diào)電壓器中數(shù)字電位器的電阻值從而改變第一可調(diào)電壓器的輸出電壓進而改變了集成驅(qū)動器的電源電壓，實現(xiàn)了輸出信號幅度的數(shù)字控制；3、通過第二可調(diào)電壓器接收到的數(shù)字參數(shù)值改變內(nèi)部數(shù)字電位器的電阻值，從而改變DC-DC升壓電路中的輸出電壓值，并經(jīng)直流電平嵌位電路向RLC諧振電路提供直流偏置，使每次更改輸出信號幅度值后輸出信號的高低電平仍在正常的工作范圍內(nèi)；4、可通過改變可調(diào)電阻的阻值來改變諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Q，從而在輸入信號幅度不變的情況下改變輸出信號的幅度；為降低RLC電路諧振調(diào)試的困難，可在電路接近諧振時，測試出輸出信號的幅度在不同值下所需的輸入信號幅度和相位及嵌位電路所需的直流電平值并存儲在控制器內(nèi)部，采用查表的方式，控制器根據(jù)所需的輸出信號幅度值同時輸出對應(yīng)的幅度參數(shù)、嵌位電平參數(shù)并調(diào)整輸出時序驅(qū)動信號的相位，保證最終輸出的CCD 驅(qū)動信號滿足工作時序要求。


圖1是本發(fā)明的高速高壓驅(qū)動信號電路原理示意圖。圖2是本發(fā)明實現(xiàn)EMCCD特有驅(qū)動信號的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。如圖1所示，EMCCD驅(qū)動管腳的模型為一個阻值較小的電阻和一個電容的串聯(lián)； 電感器的模型為一個電阻和電感的串聯(lián)，在本發(fā)明中要求電感器模型中的電阻值很??；圖中的R為電感器和EMCXD驅(qū)動管腳的等效電阻之和；L為電感器的等效電感，C為EMCXD 驅(qū)動管腳的等效電容；輸入的驅(qū)動信號幅度為VIN，角頻率為ω，頻率為f;電容的容抗
xC=^ = ，當(dāng)要求其兩端的正弦信號幅度U為50V，頻率f為20MHz，容值C為IOOpF 時，則電流幅度為I = I = 2^Zf7c = 2D20xl06 x50xl00xlirl2=a2T (A)。當(dāng)采用傳統(tǒng)
AC
的驅(qū)動工作方式時，驅(qū)動器輸出的峰值功耗P = UI = 10 π (W)，而集成高速驅(qū)動器的最大工作電壓在20V左右，不能滿足50V左右的要求；采用兩分立的高速大功率MOSFET能滿足驅(qū)動要求，但可選的MOSFET種類有限且購買困難，整個電路的功耗大，加重了 EMC⑶低溫環(huán)境下工作的負(fù)擔(dān)。當(dāng)改變電感L使電路處于諧振狀態(tài)時，即《=27/ = ★時，整個電路的阻抗
VIN VIN
為純電阻R，電路輸出電壓幅度「^^ =矹=^^，與輸入信號的幅度成正比；電路 VOUT 11
質(zhì)因素Q= 1^ = ^7^= PO P ;以E2V公司的EMCCD CCD60為例，R02HV管 VIN RmC Rln /C腳的等效電阻為8Ω，等效電容為94pF;當(dāng)像素轉(zhuǎn)移時鐘為18MHz時，電路的品質(zhì)因數(shù)
權(quán)利要求
1. 一種實現(xiàn)EMCCD特有驅(qū)動信號的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括控制器、第一可調(diào)電壓器、第二可調(diào)電壓器、集成驅(qū)動器、隔直電路、直流電平嵌位電路、可調(diào)電感、可調(diào)電阻和匹配電容，所述控制器分別與集成驅(qū)動器、第一可調(diào)電壓器、第二可調(diào)電壓器連接，控制器向集成驅(qū)動器輸入時序驅(qū)動信號，并根據(jù)當(dāng)前的增益要求，分別向第一可調(diào)電壓器和第二可調(diào)電壓器輸出對應(yīng)的數(shù)字參數(shù)值；所述第一可調(diào)電壓器與集成驅(qū)動器連接，其根據(jù)接收到的所述控制器輸出的數(shù)字參數(shù)值輸出對應(yīng)的電壓，為集成驅(qū)動器提供電源，實現(xiàn)集成驅(qū)動器輸出信號幅度的數(shù)字控制；所述隔直電路與集成驅(qū)動器連接，其用于去除集成驅(qū)動器輸出信號的直流電平；所述第二可調(diào)電壓器與直流電平嵌位電路連接，其根據(jù)接收到的所述控制器輸出的數(shù)字參數(shù)值輸出對應(yīng)的電壓，并經(jīng)直流電平嵌位電路向LC諧振電路提供直流偏置；所述可調(diào)電感、可調(diào)電阻和匹配電容與EMCCD管腳相連，組成RLC串聯(lián)諧振電路； 可調(diào)電感和匹配電容用于保證RLC電路在特定的工作頻率下電路處于諧振狀態(tài)，可調(diào)電阻用于微調(diào)電路的品質(zhì)因數(shù)，同時在電路諧振的調(diào)試過程中用于限流防止EMCCD管腳上的信號超出EMCXD的正常工作范圍。
全文摘要
一種實現(xiàn)EMCCD特有驅(qū)動信號的系統(tǒng)屬于CCD驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括控制器、第一可調(diào)電壓器、第二可調(diào)電壓器、集成驅(qū)動器、隔直電路、直流電平嵌位電路、可調(diào)電感、可調(diào)電阻和匹配電容。本發(fā)明主要解決了現(xiàn)有的驅(qū)動方法功耗大且難以實現(xiàn)的問題，通過RLC串聯(lián)諧振電路來產(chǎn)生高速高壓的驅(qū)動信號，通過數(shù)字控制信號分別改變輸出信號的幅度和直流電平值，可實現(xiàn)對輸出信號的數(shù)字控制，大大降低了電路功耗和對高速大功率器件的依賴。
文檔編號H04N5/335GK102158658SQ201110028389
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者余達(dá), 劉金國, 周懷得, 孔德柱, 李廣澤, 王冶, 郭永飛 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所