基于cmos傳感器的寬幅成像電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于多片CMOS傳感器航天應(yīng)用的寬幅成像電路，具體涉及一種 基于CMOS傳感器的寬幅成像電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，為保證CMOS圖像傳感器正常工作，需要外部輸入差分和TTL電平的輸入控 制信號，當(dāng)CMOS圖像傳感器和控制器距離較遠(yuǎn)，如超過0. 4m時(shí)，TTL信號易出現(xiàn)信號完整 性的問題，不能滿足CMOS傳感器工作要求，采用如圖1所示的現(xiàn)有的差分信號傳輸方式可 滿足要求，但把所有的TTL信號轉(zhuǎn)換為差分后傳輸，接收差分信號后再轉(zhuǎn)換為TTL信號的方 式，不僅增加了差分發(fā)送芯和差分接收芯片，而且增加了剛撓板上的傳輸信號數(shù)量，特別是 由于管腳數(shù)的增加而增加了連接器體積和重量。如何將成像電路技術(shù)和信號完整性要求結(jié) 合起來，為空間光學(xué)成像提供新的技術(shù)手段是目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)CMOS圖像傳感器和控制器距離較遠(yuǎn)時(shí)TTL信號易出 現(xiàn)信號完整性問題，且增加剛撓板上的傳輸信號數(shù)量，以及增加連接器體積和重量等問題， 提供一種基于CMOS傳感器的寬幅成像電路。
[0004] 基于CMOS傳感器的寬幅成像電路，包括TTL電平信號驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)的控制器和剛 撓板，還包括端接電阻和整形器；所述TTL電平信號驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)的控制器輸出TTL電平驅(qū) 動(dòng)信號經(jīng)端接電阻后通過剛撓板將TTL電平驅(qū)動(dòng)信號傳送至整形器，經(jīng)整形器輸出的TTL 電平驅(qū)動(dòng)信號傳送至CMOS傳感器；
[0005] 所述控制器輸出的TTL電平驅(qū)動(dòng)信號的電流id"TC滿足
;其中，
為外部干擾疊加到傳輸線路徑上的電流；
[0006] 端接電阻的阻值R滿足：
，其中，L為傳輸路徑上的等效電 感，C為傳輸路徑上的等效電容與整形器的輸入電容值之和。
[0007] 本發(fā)明的有益效果：
[0008] 1、本發(fā)明采用剛撓板結(jié)構(gòu)將焦面電路和后級電路分開，可降低后級電路產(chǎn)生的熱 量對光機(jī)結(jié)構(gòu)的影響；同時(shí)，采用帶外層屏蔽的撓帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行信號傳輸不僅保證了信號的 完整性，還可以降低對體積和重量的要求。
[0009] 2、本發(fā)明所述的成像電路根據(jù)CMOS相關(guān)信號的周期和傳輸撓帶長度，分別采用 差分和TTL電平進(jìn)行信號傳輸，降低差分信號及相關(guān)芯片的數(shù)量。
[0010] 3、對于TTL信號，采用發(fā)射端電阻端接、傳輸路徑上阻抗匹配來減小信號自身的 反射，采用發(fā)射端進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電流控制，接收端施密特整形來降低外界可能出現(xiàn)的干擾；采用 少量器件即可保證長距離的信號可靠傳輸。和差分傳輸相比，減少了傳輸信號的數(shù)量，降低 了成本，減少了連接器的體積和重量。
【附圖說明】
[0011] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中差分信號傳輸模型不意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明所述的基于CMOS傳感器的寬幅成像電路的框圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明所述的基于CMOS傳感器的寬幅成像電路中TTL信號傳輸模型圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0014] 一、結(jié)合圖2和圖3說明本實(shí)施方式，基于CMOS傳感器的寬幅成像 電路，包括TTL電平信號驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)的控制器和剛撓板，端接電阻和整形器；所述TTL電 平信號驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)的控制器輸出TTL電平驅(qū)動(dòng)信號經(jīng)端接電阻后通過剛撓板將TTL電平 驅(qū)動(dòng)信號傳送至整形器，經(jīng)整形器輸出的TTL電平驅(qū)動(dòng)信號傳送至CMOS傳感器；
[0015] 對于TTL信號，采用發(fā)射端電阻端接、傳輸路徑上阻抗匹配來減小信號自身的反 射，采用發(fā)射端進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電流控制，接收端施密特整形來降低外界可能出現(xiàn)的干擾。
[0016] 對于控制器輸出的驅(qū)動(dòng)電流id_，要求 式中 iCTClsstalk為外部干擾疊加到傳輸線路上的電流。
[0017] 對于匹配電阻，要求其阻值R滿足
[0018] 式中，L為傳輸路徑上的等效電感，C為傳輸路徑上的等效電容與施密特整形器的 輸入電容值之和。
[0019] 本實(shí)施方式中根據(jù)CMOS相關(guān)信號的周期T和傳輸撓帶長度lllM，分別采用差分和 TTL電平進(jìn)行信號傳輸。
[0020] 當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號在上升沿和下降沿中最短時(shí)間滿足
[0021] 時(shí)，米用TTL信號方式傳輸，否則米用差分信號方式進(jìn)行傳輸。式中T為CMOS相 關(guān)信號的周期，心為CMOS相關(guān)信號的上升沿時(shí)間，t f為CMOS相關(guān)信號的下降沿時(shí)間時(shí)間， 七1^為上升和下降沿中最短的時(shí)間，即41^^^1^^1^<";1 1_為傳輸撓帶長度；￡為傳輸 撓帶的介電常數(shù)。
[0022] 結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，外界景物經(jīng)光機(jī)結(jié)構(gòu)成像在CMOS圖像傳感器上；包含 控制器及相關(guān)電路的成像電箱和CMOS圖像傳感器及相關(guān)焦面電路采用金屬框架密封，進(jìn) 行電磁屏蔽，遠(yuǎn)離CMOS圖像傳感器及相關(guān)焦面電路，以降低其產(chǎn)生的熱量對光機(jī)結(jié)構(gòu)變形 的影響。
[0023] 所述的成像電箱內(nèi)產(chǎn)生的CMOS相關(guān)控制信號通過撓帶裸露在外太空的剛撓板， 將信號送入CMOS圖像傳感器。同時(shí)，CMOS圖像傳感器產(chǎn)生的高速圖像數(shù)據(jù)也通過剛撓板 傳輸?shù)匠上耠娤鋬?nèi)。為降低外太空的干擾，裸露的撓帶采用外層屏蔽地內(nèi)層走線的結(jié)構(gòu)。
[0024] 本實(shí)施方式中為降低CMOS圖像傳感器成像電路工作時(shí)產(chǎn)生的熱量對光學(xué)系統(tǒng)參 數(shù)的影響，將CMOS圖像傳感器及相關(guān)電路安放在焦面電路板，而將控制器及相關(guān)電路放置 在距離較遠(yuǎn)的成像電箱內(nèi)，焦面電路板和成像電箱采用剛撓板連接。
[0025] 本實(shí)施方式所述的控制器采用XILINX公司的FPGA產(chǎn)品，包含控制器及相關(guān)電路 的成像電箱采用金屬框架密封；CMOS圖像傳感器及相關(guān)焦面電路也采用金屬框架密封，不 裸露在外太空。
[0026] 本實(shí)施方式中所述的端接電阻、施密特整形器為普通的市場產(chǎn)品；CMOS傳感器和 剛撓板為定制產(chǎn)品；光機(jī)結(jié)構(gòu)采用離軸三反的光機(jī)結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于CMOS傳感器的寬幅成像電路，包括TTL電平信號驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)的控制器和剛撓 板，其特征是，還包括端接電阻和整形器； 所述TTL電平信號驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)的控制器輸出TTL電平驅(qū)動(dòng)信號經(jīng)端接電阻后通過剛 撓板將TTL電平驅(qū)動(dòng)信號傳送至整形器，經(jīng)整形器輸出的TTL電平驅(qū)動(dòng)信號傳送至CMOS傳 感器； 控制器輸出的TTL電平驅(qū)動(dòng)信號的電流id"TC滿足：10Xi_sstalk<id"TC < 15XiCTC]SStalk;其中，i_sstalk為外部干擾疊加到傳輸線路徑上的電流； 端接電阻的阻值R滿足：Α4?Κ： >R>2yjL/C,其中，L為傳輸路徑上的等效電感，C為 傳輸路徑上的等效電容與整形器的輸入電容值之和。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS傳感器的寬幅成像電路，其特征在于，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號 在上升沿和下降沿中最短時(shí)間滿足：時(shí)，采用TTL信號方式傳輸，否則采用差分信號方式進(jìn)行傳輸；式中，T為CMOS相關(guān)信 號的周期，t為CMOS相關(guān)信號的上升沿時(shí)間，tf為CMOS相關(guān)信號的下降沿時(shí)間，tCMOS 相關(guān)信號的上升沿和下降沿中最短的時(shí)間，trf彡憶且ttf;lline為剛撓板傳輸撓帶的 長度；ε為傳輸撓帶的介電常數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS傳感器的寬幅成像電路，其特征在于，所述TTL電 平信號驅(qū)動(dòng)電流可調(diào)的控制器輸出驅(qū)動(dòng)信號包含差分信號和TTL電平信號。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CMOS傳感器的寬幅成像電路，其特征在于，將CMOS圖 像傳感器及相關(guān)電路放置在焦面電路板，將控制器及相關(guān)電路放置在距離較遠(yuǎn)的成像電箱 內(nèi)，所述焦面電路板和成像電箱采用剛撓板連接；且焦面電路板和成像電箱采用剛撓板采 用金屬框架密封，進(jìn)行電磁屏蔽。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于CMOS傳感器的寬幅成像電路，其特征在于，所述剛撓板 撓帶采用外層為屏蔽地內(nèi)層走線結(jié)構(gòu)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于CMOS傳感器的寬幅成像電路，其特征在于，CMOS圖像傳 感器和控制器的距離超過0. 4m。
【專利摘要】基于CMOS傳感器的寬幅成像電路，涉及一種基于CMOS傳感器的寬幅成像電路，解決現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)CMOS圖像傳感器和控制器距離較遠(yuǎn)時(shí)TTL信號易出現(xiàn)信號不完整性，且增加剛撓板上的傳輸信號數(shù)量，以及增加連接器體積和重量等問題，將CMOS圖像傳感器及相關(guān)電路安放在焦面電路板，將控制器及相關(guān)電路放置在距離較遠(yuǎn)的成像電箱內(nèi)，焦面電路板和成像電箱采用剛撓板連接。裸露的剛撓板撓帶采用外層為屏蔽地內(nèi)層走線結(jié)構(gòu)；根據(jù)CMOS相關(guān)信號的頻率和撓帶長度，分別采用差分和TTL電平進(jìn)行信號傳輸；對于TTL電平信號，為提高傳輸?shù)目煽啃?，采用發(fā)射端電阻端接，傳輸路徑上阻抗匹配，在接收端采用施密特整形后再輸出。
【IPC分類】H04N5/225, H04N5/374
【公開號】CN105262939
【申請?zhí)枴緾N201510678829
【發(fā)明人】余達(dá), 劉金國, 周懷得, 李廣澤, 崔永鵬, 劉曉豐, 王靈杰
【申請人】中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月19日