本發(fā)明屬于微光成像與測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種通用型電子倍增ccd驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

近年來，ccd在工業(yè)檢測(cè)、安防監(jiān)控、天文觀測(cè)和空間探測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用范圍由可見光拓展到微光環(huán)境。夜間或者低照度環(huán)境條件下比較微弱的光或是能量低到不足以引起人類視覺感官的光，泛稱為微光。微光成像技術(shù)則是在遠(yuǎn)低于正常光的照度下進(jìn)行成像的技術(shù)，其原理是增強(qiáng)夜間微光條件或在低照度條件下通過微光成像器件獲取目標(biāo)的微弱光學(xué)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)在微光條件下直接觀察目標(biāo)，它的最大優(yōu)勢(shì)就在于無需人工主動(dòng)照明，直接依靠背景光的光反射成像。

傳統(tǒng)的微光成像技術(shù)的圖像增強(qiáng)手段主要有三種技術(shù)：一是用圖像增強(qiáng)器件與ccd攝像器件通過纖維光學(xué)系統(tǒng)耦合而得到增強(qiáng)圖像，即iccd技術(shù)；二是采用電子轟擊ccd模式來獲得增強(qiáng)圖像，即ebccd技術(shù)；三是在信號(hào)電荷讀出時(shí)利用“雪崩效應(yīng)”，對(duì)信號(hào)進(jìn)行電荷級(jí)別放大從而增強(qiáng)圖像，即emccd?；谶@三種技術(shù)，有了目前使用較廣的三種ccd傳感器，即像增強(qiáng)ccd(iccd)、電子轟擊電耦合ccd(ebccd)和電子倍增ccd(emccd)。但是，iccd背景噪聲大，圖像存在失真，影響了系統(tǒng)性能；而ebccd由于其采用電子束直接轟擊ccd，導(dǎo)致對(duì)ccd的損傷非常大，工作壽命短，成品率低，限制了ebccd實(shí)際應(yīng)用。電子倍增ccd(emccd)是將可控的全固態(tài)電子倍增寄存器嵌入到固體成像器件中，使信號(hào)電荷在連續(xù)讀出過程中得到倍增增強(qiáng)，即完成信號(hào)的“片內(nèi)放大”，實(shí)現(xiàn)超高靈敏度的成像探測(cè)。因?yàn)閑mccd對(duì)信號(hào)進(jìn)行電荷級(jí)別的放大，所以無需像增強(qiáng)器即可完成在低照度條件下較為清晰的成像，同時(shí)emccd的讀出噪聲不會(huì)隨著讀出頻率的增加而增大，使得讀出噪聲可以降到最小，具備高速成像的條件。

美國(guó)ti公司基于impactrontm技術(shù)，率先推出低噪聲、高靈敏度、小尺寸的黑白圖像傳感器tc系列。與此同時(shí)，英國(guó)e2v公司于2001年通過商業(yè)渠道獲得了emccd技術(shù)，其生產(chǎn)的ccd65芯片器件首次采用了l3(lowlightlever)成像技術(shù)，讀出噪聲可以降低到1個(gè)電子rms，隨后還推出ccd07、ccd201等芯片。andor公司通過多年的研究，推出了名為l3vision的ccd60、ccd65等相機(jī)。近年來，國(guó)外很多公司都開始涉足基于電子倍增ccd器件芯片的相機(jī)制作，例如英國(guó)的安道爾(andor)、日本的濱松(hamamatsu)。

伴隨著半導(dǎo)體制造工藝與生產(chǎn)工藝上的先后突破，美國(guó)、英國(guó)、俄羅斯和烏克蘭等國(guó)家在emccd的制造方面取得了不少成果。例如俄羅斯的geo2sphera公司與electron公司合作建成的基于片上增益的ccd像管生產(chǎn)線；美國(guó)的scientificimagingtechnologies公司生產(chǎn)的512*512pixel的ccd產(chǎn)品，已經(jīng)廣泛應(yīng)用近貼聚焦型片上增益ccd，并且這些國(guó)家擁有成熟的電子倍增ccd驅(qū)動(dòng)及測(cè)試平臺(tái)。

綜上，電子倍增ccd是一種新型固態(tài)成像器件，采用片上增益技術(shù)實(shí)現(xiàn)了和iccd相近的高靈敏度，有低噪聲、高量子效率等優(yōu)點(diǎn)，在微光成像探測(cè)這方面有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。我國(guó)在電子倍增ccd方面的研究處于起步階段，電子倍增ccd的生產(chǎn)工藝落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，沒有建立標(biāo)準(zhǔn)的電子倍增ccd芯片性能測(cè)試指標(biāo)和測(cè)試系統(tǒng)。目前國(guó)外的電子倍增ccd驅(qū)動(dòng)和測(cè)試系統(tǒng)通常只針對(duì)一種型號(hào)芯片，而國(guó)內(nèi)的電子倍增ccd驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展著重于小型化相機(jī)的研制，同樣只適用于單一型號(hào)電子倍增ccd的驅(qū)動(dòng)，這樣在使用時(shí)具有很大的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種通用型電子倍增ccd驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種型號(hào)電子倍增ccd器件的驅(qū)動(dòng)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種通用型電子倍增ccd驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其方法，包括ni主機(jī)、電子倍增ccd器件背板、轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、第一直流偏置電壓電路a、第二直流偏置電壓電路b、相關(guān)雙采樣電路以及為上述電路提供穩(wěn)定工作電壓的供電電源，ni主機(jī)包括第一模擬信號(hào)板卡a和第二模擬信號(hào)板卡b、fpga板卡以及量化采樣板卡，fpga板卡的兩個(gè)輸出端口分別連接轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路和相關(guān)雙采樣電路的輸入端口，第一模擬信號(hào)板卡a的輸出端口連接第一直流偏置電壓電路a上的輸入端口，第二模擬信號(hào)板卡b的輸出端口連接第二直流偏置電壓電路b上的輸入端口，第一直流偏置電壓電路a的輸出端口連接轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸入端口，第二直流偏置電壓電路b的輸出端口、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口和倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口分別連接電子倍增ccd器件背板的三個(gè)輸入端口；電子倍增ccd器件背板的輸出端口連接相關(guān)雙采樣電路的輸入端口，相關(guān)雙采樣電路的輸出端口連接ni主機(jī)中量化采樣板卡的輸入端口。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)通過ni主機(jī)，設(shè)置與修改轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序、幅值、頻率等參數(shù)，便于針對(duì)不同型號(hào)電子倍增ccd的驅(qū)動(dòng)。(2)通過ni主機(jī)，設(shè)置與修改倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值與頻率等參數(shù)，便于針對(duì)不同型號(hào)電子倍增ccd器件的驅(qū)動(dòng)。(3)通過ni主機(jī)，設(shè)置與修改模擬電平信號(hào)的幅值，該模擬電平信號(hào)由模擬信號(hào)板卡發(fā)送至直流偏置電壓電路，經(jīng)直流偏置電壓電路的放大器單元對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大，從而改變轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)與直流偏置電壓信號(hào)的幅值，便于不同型號(hào)電子倍增ccd的驅(qū)動(dòng)。(4)系統(tǒng)硬件電路里采用dc-dc芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，為各芯片提供工作電壓，利用dc-dc電源高效率低功耗的優(yōu)點(diǎn)，降低系統(tǒng)整體功耗。(5)系統(tǒng)的硬件電路具有兼容性和通用性，只需替換電子倍增ccd器件背板，即可滿足目前多種型號(hào)電子倍增ccd的驅(qū)動(dòng)。(6)通過ni主機(jī)，將量化采樣板卡得到的圖像信號(hào)進(jìn)行量化與采樣，在顯示器上實(shí)時(shí)成像，并以圖像數(shù)據(jù)形式保存，方便后續(xù)的分析處理。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路中電壓轉(zhuǎn)換單元的連接示意圖。

圖3是本發(fā)明倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路濾波放大單元的連接示意圖。

圖4是本發(fā)明可直流偏置電壓電路中放大單元的連接示意圖。

圖5是本發(fā)明相關(guān)雙采樣電路中相關(guān)雙采樣單元的連接示意圖。

圖6是系統(tǒng)控制主界面的示意圖。

圖7是使用電子倍增ccd芯片tc253的室外成像圖。

圖8是使用電子倍增ccd芯片ccd97的室內(nèi)成像圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1，本發(fā)明通用型電子倍增ccd驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括ni主機(jī)、電子倍增ccd器件背板、轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、第一直流偏置電壓電路a、第二直流偏置電壓電路b、相關(guān)雙采樣電路以及為上述電路提供穩(wěn)定工作電壓的供電電源，ni主機(jī)包括第一模擬信號(hào)板卡a和第二模擬信號(hào)板卡b、fpga板卡以及量化采樣板卡，fpga板卡的兩個(gè)輸出端口分別連接轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路和相關(guān)雙采樣電路的輸入端口，第一模擬信號(hào)板卡a的輸出端口連接第一直流偏置電壓電路a上的輸入端口，第二模擬信號(hào)板卡b的輸出端口連接第二直流偏置電壓電路b上的輸入端口，第一直流偏置電壓電路a的輸出端口連接轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸入端口，第二直流偏置電壓電路b的輸出端口、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口和倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口分別連接電子倍增ccd器件背板的三個(gè)輸入端口；電子倍增ccd器件背板的輸出端口連接相關(guān)雙采樣電路的輸入端口，相關(guān)雙采樣電路的輸出端口連接ni主機(jī)中量化采樣板卡的輸入端口。本發(fā)明通過ni主機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送數(shù)字和模擬信號(hào)，對(duì)電子倍增ccd的驅(qū)動(dòng)時(shí)序和直流偏置電壓進(jìn)行設(shè)置，完成器件正常工作所需的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)和偏置電壓信號(hào)。

本發(fā)明的供電電源包括電源v1、v2、v3，電源v1的電壓輸出端口連接轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路和相關(guān)雙采樣電路的電源管腳，電源v2的電壓輸出端口連接直流偏置電壓電路的電源管腳，電源v3的電壓輸出端口連接倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的電源管腳。

本發(fā)明的轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路包括信號(hào)轉(zhuǎn)換單元和電壓轉(zhuǎn)換單元。每個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元的信號(hào)輸入管腳接收到ni主機(jī)發(fā)送的低壓差分形式時(shí)序信號(hào)后，將低壓差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為cmos電平信號(hào)，每個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元的各個(gè)輸出管腳分別與電壓轉(zhuǎn)換單元的輸入管腳連接，將不同的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到電壓轉(zhuǎn)換單元；每個(gè)電壓轉(zhuǎn)換單元根據(jù)第一直流偏置電壓電路a發(fā)送的電壓值，分別將其對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，信號(hào)的高、低電平轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電子倍增ccd器件工作所需要的電壓值；各電壓轉(zhuǎn)換單元通過傳輸線與電子倍增ccd器件背板連接，提供電子倍增ccd器件工作所需的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

本發(fā)明的第一直流偏置電壓電路a、第二直流偏置電壓電路b的電路板結(jié)構(gòu)相同，第一、第二直流偏置電壓電路均包括放大單元和二極管保護(hù)單元，放大單元和二極管保護(hù)單元連接，每個(gè)放大單元都能接收ni主機(jī)對(duì)應(yīng)模擬信號(hào)板卡發(fā)送的模擬電壓信號(hào)，按照運(yùn)算放大器設(shè)置的反饋增益，將模擬電壓放大，經(jīng)過二極管保護(hù)單元，防止電壓出現(xiàn)尖峰；第一直流偏置電壓電路a的輸出端口與轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的電壓轉(zhuǎn)換單元連接，將對(duì)應(yīng)的模擬電壓發(fā)送到電壓轉(zhuǎn)換單元。

本發(fā)明的倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路包括fpga控制單元、dac單元和濾波放大單元，fpga板卡輸出的控制信號(hào)，發(fā)送到倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸入端口，進(jìn)入fpga控制單元的輸入管腳，控制fpga產(chǎn)生正弦波數(shù)字信號(hào)，通過dac單元將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬正弦波信號(hào)，進(jìn)入濾波放大單元的輸入管腳，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波和倍增放大處理，得到滿足電子倍增ccd器件工作要求的倍增驅(qū)動(dòng)信號(hào)，送至倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口。

本發(fā)明的電子倍增ccd器件背板，包括終端匹配單元、電子倍增ccd器件和信號(hào)讀出單元，轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路和第一、第二直流偏置電壓電路輸出的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)、偏置電壓通過傳輸線和連接器送至電子倍增ccd器件背板的輸入端口，時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)由終端匹配單元進(jìn)行阻抗匹配，調(diào)整信號(hào)波形，輸出到電子倍增ccd器件的轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入管腳；直流偏置電壓則輸出到電子倍增ccd器件的偏置電壓輸入管腳；電子倍增ccd輸出的圖像信號(hào)經(jīng)過信號(hào)讀出單元，將輸出阻抗降低，輸出到相關(guān)雙采樣電路。

本發(fā)明的相關(guān)雙采樣電路包括相關(guān)雙采樣單元和低通濾波單元，ni主機(jī)的fpga板卡將數(shù)字采樣控制信號(hào)發(fā)送到相關(guān)雙采樣單元的采樣點(diǎn)控制輸入管腳，電子倍增ccd器件背板的信號(hào)輸出到相關(guān)雙采樣單元的信號(hào)輸入管腳，信號(hào)經(jīng)相關(guān)雙采樣后，輸出到低通濾波單元，經(jīng)低通濾波處理后的信號(hào)通過傳輸線輸出到ni主機(jī)的量化采樣板卡，量化采樣板卡對(duì)相關(guān)雙采樣電路的輸出信號(hào)進(jìn)行量化采樣，在ni主機(jī)上可以對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并以矩陣形式保存圖像數(shù)據(jù)。

本發(fā)明通過上述通用型電子倍增ccd驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)方法為：通過nilabview實(shí)現(xiàn)ni主機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)和直流偏置電壓信號(hào)的工作參數(shù)，由fpga板卡和模擬信號(hào)板卡將時(shí)序信號(hào)、電壓信號(hào)和控制信號(hào)發(fā)送至轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、直流偏置電壓電路和相關(guān)雙采樣電路，得到電子倍增ccd器件正常工作所需的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)和偏置電壓；

將電子倍增ccd安裝于電子倍增ccd背板，在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)和偏置電壓的作用下進(jìn)行工作，即轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路輸出電子倍增ccd工作所需的轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)；倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路輸出電子倍增ccd工作所需的倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)；直流偏置電壓電路輸出電子倍增ccd工作所需的偏置電壓信號(hào)，這三種驅(qū)動(dòng)經(jīng)由傳輸線發(fā)送至電子倍增ccd器件背板電路，驅(qū)動(dòng)電子倍增ccd正常工作；

電子倍增ccd輸出的圖像信號(hào)通過相關(guān)雙采樣電路處理后，回傳至ni主機(jī)的量化采樣板卡接收，由ni主機(jī)控制信號(hào)采樣，將圖像信號(hào)量化采樣，以圖像數(shù)據(jù)形式保存；同時(shí)，ni主機(jī)對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像顯示。

實(shí)施例

結(jié)合圖1，本發(fā)明通用型電子倍增ccd驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括ni主機(jī)、三臺(tái)供電電源v1、v2和v3、轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、第一直流偏置電壓電路a、第二直流偏置電壓電路b、相關(guān)雙采樣電路和電子倍增ccd器件背板。

ni主機(jī)包括第一模擬信號(hào)板卡a和第二模擬信號(hào)板卡b、fpga板卡以及量化采樣板卡。fpga板卡的兩個(gè)輸出端口分別連接轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路和相關(guān)雙采樣電路的輸入端口，具體而言fpga板卡分別與轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路上的信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路上的fpga控制單元和相關(guān)雙采樣電路板上的相關(guān)雙采樣單元連接。通過ni主機(jī)設(shè)置電子倍增ccd轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序、工作頻率、積分時(shí)間等參數(shù)，由fpga板卡選擇相應(yīng)的通道輸出時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以低壓差分信號(hào)形式通過傳輸線發(fā)送到轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路；通過ni主機(jī)，設(shè)置倍增時(shí)鐘信號(hào)的幅值與頻率，由fpga板卡選擇相應(yīng)的通道輸出控制信號(hào)，經(jīng)傳輸線發(fā)送到倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路；通過ni進(jìn)行采樣控制，設(shè)置相關(guān)雙采樣的采樣點(diǎn)位置，由fpga板卡選擇相應(yīng)的通道輸出采樣控制信號(hào)，經(jīng)傳輸線發(fā)送到相關(guān)雙采樣電路。第一模擬信號(hào)板卡a的輸出端口連接第一直流偏置電壓電路a上的輸入端口，第二模擬信號(hào)板卡b的輸出端口連接第二直流偏置電壓電路b上的輸入端口，具體而言，第一模擬信號(hào)板卡a與第一直流偏置電壓電路a上的放大單元連接，第二模擬信號(hào)板卡b與第二直流偏置電壓電路b上的放大單元連接，通過ni主機(jī)控制模擬電平，根據(jù)需要設(shè)置模擬電平值，選擇相應(yīng)的通道從模擬信號(hào)板卡輸出，發(fā)送到直流偏置電壓電路。

第一直流偏置電壓電路a、第二直流偏置電壓電路b的電路板結(jié)構(gòu)相同。第二直流偏置電壓電路b與電子倍增ccd器件背板連接，第一直流偏置電壓電路a與轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路連接，即第一直流偏置電壓電路a的輸出端口連接轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸入端口，第二直流偏置電壓電路b的輸出端口、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口和倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口分別連接電子倍增ccd器件背板的三個(gè)輸入端口。第一、第二直流偏置電壓電路均包括32個(gè)放大單元和二極管保護(hù)單元，放大單元和二極管保護(hù)單元連接。每個(gè)放大單元都能接收ni主機(jī)發(fā)送的模擬電壓信號(hào)，按照運(yùn)算放大器設(shè)置的反饋增益，將模擬電壓放大，經(jīng)過二極管保護(hù)單元，防止電壓出現(xiàn)尖峰。第一直流偏置電壓電路a的輸出端口與轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的電壓轉(zhuǎn)換單元連接，將對(duì)應(yīng)的模擬電壓發(fā)送到電壓轉(zhuǎn)換單元。電子倍增ccd器件背板的輸出端口連接相關(guān)雙采樣電路的輸入端口，相關(guān)雙采樣電路的輸出端口連接ni主機(jī)中量化采樣板卡的輸入端口。

轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元和16個(gè)電壓轉(zhuǎn)換單元。每個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元有4組信號(hào)輸入管腳，接收到ni主機(jī)發(fā)送的低壓差分形式時(shí)序信號(hào)后，將4組低壓差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為4路cmos電平信號(hào)。每個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元有4個(gè)輸出管腳，分別與4個(gè)電壓轉(zhuǎn)換單元的輸入管腳連接，將4路不同的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到電壓轉(zhuǎn)換單元。每個(gè)電壓轉(zhuǎn)換單元根據(jù)第一直流偏置電壓電路a發(fā)送的電壓值，分別將其對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，信號(hào)的高、低電平轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電子倍增ccd器件工作所需要的電壓值。各電壓轉(zhuǎn)換單元通過傳輸線與電子倍增ccd器件背板連接，提供電子倍增ccd器件工作所需的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路包括fpga控制單元、dac單元和濾波放大單元。fpga板卡輸出的控制信號(hào)，發(fā)送到倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸入端口，進(jìn)入fpga控制單元的輸入管腳，控制fpga產(chǎn)生14位正弦波數(shù)字信號(hào)，即fpga控制單元接收ni主機(jī)fpga板卡發(fā)送的控制信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的14位低壓差分?jǐn)?shù)字信號(hào)。dac單元有14組輸入管腳，接收fpga控制單元發(fā)送的14位低壓差分?jǐn)?shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬正弦波信號(hào)。濾波放大單元接收模擬正弦波信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波和倍增放大處理，得到滿足電子倍增ccd器件工作要求的倍增驅(qū)動(dòng)信號(hào)，送至倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口，使其能夠達(dá)到電子倍增ccd的倍增驅(qū)動(dòng)要求。

電子倍增ccd器件背板，包括終端匹配單元、電子倍增ccd器件和信號(hào)讀出單元，通過傳輸線和連接器接收時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路和直流偏置電壓電路輸出的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)和偏置電壓，并經(jīng)過終端匹配單元使得信號(hào)傳輸線路的阻抗保持一致，即時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)由終端匹配單元進(jìn)行阻抗匹配，調(diào)整信號(hào)波形，輸出到電子倍增ccd器件的轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入管腳；直流偏置電壓則輸出到電子倍增ccd器件的偏置電壓輸入管腳。在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及偏置電壓的作用下，電子倍增ccd產(chǎn)生并轉(zhuǎn)移光生電荷，從內(nèi)部的讀出寄存器中輸出圖像信號(hào)。圖像信號(hào)經(jīng)過信號(hào)讀出單元，并通過bnc傳輸線發(fā)送至相關(guān)雙采樣電路。這里的信號(hào)讀出單元即電壓跟隨電路，該電路結(jié)構(gòu)具有較大輸入阻抗和較小輸出阻抗的特點(diǎn)，使得電子倍增ccd的輸出阻抗和相關(guān)雙采樣電路的輸入阻抗相對(duì)應(yīng)，避免因電路阻抗不一致產(chǎn)生導(dǎo)致信號(hào)失真。

相關(guān)雙采樣電路包括相關(guān)雙采樣單元和低通濾波單元。ni主機(jī)的fpga板卡將數(shù)字采樣控制信號(hào)發(fā)送到相關(guān)雙采樣單元的采樣點(diǎn)控制輸入管腳，電子倍增ccd器件背板的信號(hào)輸出到相關(guān)雙采樣單元的信號(hào)輸入管腳，信號(hào)經(jīng)相關(guān)雙采樣后，輸出到低通濾波單元，經(jīng)低通濾波處理后的信號(hào)通過傳輸線輸出到ni主機(jī)的量化采樣板卡。具體工作過程為：相關(guān)雙采樣單元接收電子倍增ccd背板輸出的圖像信號(hào)，同時(shí)接收ni主機(jī)發(fā)送的采樣點(diǎn)控制信號(hào)，對(duì)電子倍增ccd的圖像信號(hào)作相關(guān)雙采樣處理并輸出。輸出信號(hào)經(jīng)由低通濾波單元，消除信號(hào)中的高頻分量，并通過bnc傳輸線發(fā)送至ni主機(jī)的量化采樣板卡。量化采樣板卡對(duì)相關(guān)雙采樣電路的輸出信號(hào)進(jìn)行量化采樣，在ni主機(jī)上可以對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并以矩陣形式保存圖像數(shù)據(jù)。

結(jié)合圖2，本發(fā)明的電壓轉(zhuǎn)換單元選用el7156芯片和tvs二極管。el7156的1、2、5管腳與配置電壓相連，提供芯片工作所需的電壓，4管腳接地，3管腳接lvds轉(zhuǎn)coms信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸出作為el7156的輸入，7管腳為el7156的輸出。6、8管腳與直流偏置電壓電路的輸出相連，6管腳接低電平，8管腳接高電平，兩個(gè)管腳均有tvs二極管接地起保護(hù)作用，防止輸入的電壓值突變。el7156對(duì)輸入的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，改變其高低電平的值，使其和6、8管腳的輸入電壓一致。經(jīng)el7156處理的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過傳輸線送至電子倍增ccd器件背板，供電子倍增ccd器件工作使用。

結(jié)合圖3，本發(fā)明中倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的濾波放大單元采用lmh6715芯片。該電路構(gòu)造如下：前級(jí)的正弦波信號(hào)輸出經(jīng)過電阻r4與3管腳相連，第一級(jí)輸出信號(hào)1管腳與電阻r1相連，r1與2管腳相連，相連形成反饋電路，并且1管腳與r2相連，r2與5管腳相連。第二級(jí)輸出信號(hào)7管腳與電阻r3相連，r3與6管腳相連形成反饋電路，并且通過7管腳輸出放大的正弦波信號(hào)。4管腳和8管腳分別與電源v1提供的-5v和+5v電壓相連，供芯片工作使用。

結(jié)合圖4，本發(fā)明中直流偏置電壓電路的放大單元選用opa544芯片。該電路構(gòu)造如下：ni主機(jī)上模擬信號(hào)板卡輸出的模擬電壓信號(hào)輸入放大器電路，輸入電壓信號(hào)與opa544的2管腳相連，opa544的1管腳接地，3管腳與電源v2的-30v電壓輸出相連，5管腳與電源v2的+30v電壓輸出相連。4管腳與電阻r5相連，r5與電容c4相連，r5、c4串聯(lián)接地，作為穩(wěn)壓作用。opa544的4管腳與電感l(wèi)1的1管腳相連，l1的2管腳與電阻r6的1管腳相連，r6的2管腳與opa544的2管腳相連，形成放大器的反饋電路。r6和r3的比值即為放大器電路設(shè)置的增益。opa544的輸出電壓經(jīng)過r2，與肖特基二極管d1的2管腳和d2的1管腳相連，d1的1管腳接電源v2的+30v輸出，d2的2管腳接電源v2的-30v輸出，d1、d2起到保護(hù)作用，防止電壓出現(xiàn)尖峰。直流偏置電壓電路的輸出電壓分別輸出到電子倍增ccd器件背板和轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路的電壓轉(zhuǎn)換單元，供其工作使用。

結(jié)合圖5，本發(fā)明的相關(guān)雙采樣電路選用ad9823芯片。ad9823的1、13、14管腳接收ni主機(jī)上fpga板卡發(fā)送的采樣點(diǎn)控制信號(hào)，1管腳的輸入信號(hào)控制暗電平鉗位，13、14管腳的輸入信號(hào)控制相關(guān)雙采樣的采樣點(diǎn)位置。電子倍增ccd的輸出信號(hào)從ad9823的11管腳輸入，經(jīng)相關(guān)雙采樣后，輸出到后續(xù)的低通濾波單元。ad9823的供電為+3.3v，供電電源v1提供+5v電壓到相關(guān)雙采樣電路，通過dc-dc電壓模塊pth08080w，降至+3.3v，輸入到ad9823的3管腳，為芯片提供工作電壓。

結(jié)合圖6，本發(fā)明的系統(tǒng)控制主界面中，在界面右邊有總開關(guān)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運(yùn)行與停止；在界面中間的設(shè)置框內(nèi)可以對(duì)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和積分時(shí)間進(jìn)行修改；在界面下方有直流偏置電壓的開關(guān)按鈕和配置按鈕，開關(guān)按鈕負(fù)責(zé)偏置電壓的通斷，而點(diǎn)擊配置按鈕則會(huì)進(jìn)入到每個(gè)通道的模擬電壓設(shè)置界面。

結(jié)合圖7和圖8，本發(fā)明的成像效果如圖所示，圖7為室外成像圖片，使用的電子倍增ccd型號(hào)為tc253；圖8為室內(nèi)成像圖片，使用的電子倍增ccd型號(hào)為ccd97。兩張圖片說明本發(fā)明可以對(duì)不同型號(hào)電子倍增ccd進(jìn)行驅(qū)動(dòng)及成像。

本發(fā)明通用型電子倍增ccd驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通用型電子倍增ccd驅(qū)動(dòng)的過程如下：通過nilabview實(shí)現(xiàn)ni主機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)和直流偏置電壓信號(hào)的工作參數(shù)，由fpga板卡和模擬信號(hào)板卡將時(shí)序信號(hào)、電壓信號(hào)和控制信號(hào)發(fā)送至轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路、直流偏置電壓電路和相關(guān)雙采樣電路，得到電子倍增ccd器件正常工作所需的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)和偏置電壓。將電子倍增ccd安裝于電子倍增ccd背板，在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)和偏置電壓的作用下進(jìn)行工作，即轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路輸出電子倍增ccd工作所需的轉(zhuǎn)移時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)；倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路輸出電子倍增ccd工作所需的倍增時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)；直流偏置電壓電路輸出電子倍增ccd工作所需的偏置電壓信號(hào)，這三種驅(qū)動(dòng)經(jīng)由傳輸線發(fā)送至電子倍增ccd器件背板電路，驅(qū)動(dòng)電子倍增ccd正常工作。電子倍增ccd輸出的圖像信號(hào)通過相關(guān)雙采樣電路處理后，回傳至ni主機(jī)的量化采樣板卡接收，由ni主機(jī)控制信號(hào)采樣，將圖像信號(hào)量化采樣，以圖像數(shù)據(jù)形式保存。同時(shí)，ni主機(jī)對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像顯示。本發(fā)明可以在ni主機(jī)這一端進(jìn)行控制，能夠?qū)r(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)和直流偏置電壓的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與修改，并根據(jù)電子倍增ccd的型號(hào)更換電子倍增ccd器件背板，滿足多種型號(hào)電子倍增ccd的工作需求，從而為不同型號(hào)電子倍增ccd的驅(qū)動(dòng)和性能測(cè)試提供平臺(tái)。

以型號(hào)為tc253的電子倍增ccd為例，首先設(shè)置并打開電源v1、v2、v3，其次在ni主機(jī)上選擇與該型號(hào)電子倍增ccd對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制設(shè)置工作頻率積分時(shí)間等參數(shù)，然后點(diǎn)擊系統(tǒng)運(yùn)行開關(guān)，時(shí)序信號(hào)、模擬電壓、控制信號(hào)和采樣信號(hào)將被發(fā)送至系統(tǒng)電路，經(jīng)過電路處理得到tc253工作所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與偏置電壓。在這些信號(hào)作用下，tc253開始工作并輸出圖像信號(hào)，圖像信號(hào)通過相關(guān)雙采樣電路，被量化采樣板卡采集，并在ni主機(jī)上顯示與保存。

以型號(hào)為ccd97的電子倍增ccd為例，首先設(shè)置并打開電源v1、v2、v3，其次在ni主機(jī)上選擇與該型號(hào)電子倍增ccd對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制，設(shè)置工作頻率、積分時(shí)間等參數(shù)，由于驅(qū)動(dòng)ccd97工作需要高壓倍增信號(hào)驅(qū)動(dòng)，因此這里還要對(duì)倍增信號(hào)的幅值、頻率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置完畢后，點(diǎn)擊系統(tǒng)運(yùn)行開關(guān)，時(shí)序信號(hào)、模擬電壓、控制信號(hào)和采樣信號(hào)將被發(fā)送至系統(tǒng)電路，經(jīng)過電路處理得到ccd97工作所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與偏置電壓。在這些信號(hào)作用下，ccd97開始工作并輸出圖像信號(hào)，圖像信號(hào)通過相關(guān)雙采樣電路，被量化采樣板卡采集，并在ni主機(jī)上顯示與保存。