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EMBCCD 驱动、信号预处理 及图像采集电路的设计制作

EMBCCD 驱动、信号预处理 及图像采集电路的设计制作. 刘登宇 指导老师：刘广荣. 报告纲要. EMCCD 技术简介. 什么是 EMCCD ？ Electronic Multiplying Charge Coupled Device, 即电子倍增 CCD EMCCD 特点 独特的片上增益技术 高灵敏度 全固态结构 传统 CCD 制作工艺. CCD97. EMCCD 技术简介. EMBCCD 背照明 EMCCD （ Back Illuminated EMCCD ） 采用减薄技术 灵敏度更高. EMCCD 、 EBCCD 、 ICCD 比较.

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EMBCCD 驱动、信号预处理 及图像采集电路的设计制作

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Presentation Transcript

  1. EMBCCD驱动、信号预处理及图像采集电路的设计制作EMBCCD驱动、信号预处理及图像采集电路的设计制作 刘登宇 指导老师：刘广荣

  2. 报告纲要

  3. EMCCD技术简介 • 什么是EMCCD？ • Electronic Multiplying Charge Coupled Device, 即电子倍增CCD • EMCCD特点 • 独特的片上增益技术 • 高灵敏度 • 全固态结构 • 传统CCD制作工艺 CCD97

  4. EMCCD技术简介 • EMBCCD • 背照明EMCCD（Back Illuminated EMCCD） • 采用减薄技术 • 灵敏度更高

  5. EMCCD、EBCCD、ICCD比较

  6. 国内外EMCCD研究现状

  7. EMCCD应用

  8. 课题工作背景介绍

  9. EMCCD成像系统电路组成框图 电源系统 FPGA 时序驱动电路 EMCCD 输出信号预处理 电路 图像采集电路

  10. 电源系统 • 7种规格电平CCD直流电源 • 4种驱动信号电平 • -5V，+7V、+12V、+40V CCD97直流偏置电源规格表

  11. 时序逻辑设计-CCD97时序图 帧转移型 CCD 工作原理图

  12. 时序逻辑设计-初期方案 • 初期方案 • 分频、积分转换、输出 三模块 • 输入时钟分频产生三类波形 • 分阶段（积分、输出）对波形进行组合

  13. 时序逻辑设计-改进方案 • 初始阶段 • 帧开头 • 并行转移 • 预扫阶段 • 行开始 • 前延迟阶段 • 水平转移 • 后延迟阶段 a b c d e g f h FSM 有限状态机

  14. 时序逻辑设计-仿真波形 帧转移-行转移阶段 帧转移阶段 行转移阶段

  15. 功率驱动电路设计 CCD97时序驱动脉冲电平标准 CCD97时序驱动脉冲边沿要求

  16. 常规功率驱动电路设计 • 原有方案 • AD811：电压比较、电路放大电路 • 存在的问题： • 输出电流小 • 不宜驱动容性负载 • 波形尖峰毛刺大 • 边沿过渡时间长 • 改进方案 • EL7457：高速四通道CMOS驱动器 • 特性： • 最高支持40MHz时钟驱动 • 可驱动容性负载，Tr/Tf=12ns • 输出电流2A • 双电源供电

  17. 高电压功率驱动电路设计 • 两互补三极管搭建推挽放大电路 • 74HC04作输入端提高带负载能力 • 高速肖特基二极管钳位以防止三极管进入深度饱和状态

  18. 高电压功率驱动输出波形 • 高低电平满足要求 • 波形有一定失真 • 存在一定延时

  19. 输出信号预处理电路设计 • 输出信号为非标准模拟视频信号 • 存在较大直流偏置 • 存在复位噪声 • 需进行模数转换方便处理

  20. CDS相关双采样 • 复位部与数据部均包含复位噪声 • 两次相关采样相减可得真实信号值

  21. AD9845 CCD信号处理芯片 • 12Bit 30MSPS高速A/D转换器 • CDS相关双采样电路 • 程控增益放大器 • 低噪声钳位电路

  22. AD9845 CCD信号处理芯片 AD9845相关双采样工作时序图 AD9845暗电流钳位及消隐脉冲时序图

  23. 图像采集电路设计方案

  24. 图像采集电路设计 • CCD输出与VGA读出时钟不匹配： • CCD像素读出速率-2.5MHz • VGA显示速率-40MHz(800×600) • 存储器缓存 • SRAM/SDRAM • FPGA内部FIFO匹配时钟

  25. SDRAM、VGA控制程序 VGA控制器 接口框图 SDRAM读写控制 接口结构框图

  26. 时序逻辑设计总体框图 系统时序逻辑设计总体框图

  27. 系统电路板设计 改进的 驱动电路板 原有驱动电路板

  28. 系统测试 EMBCCD成像系统电路实物图

  29. 测试流程

  30. 测试结果-电源 电源输出电平测试结果 系统电源纹波测试

  31. 测试结果-驱动脉冲 未接负载时驱动脉冲波形图 接入负载后驱动脉冲波形图

  32. 测试结果-驱动脉冲 各驱动脉冲波形位置关系图

  33. 测试结果-CCD输出信号 CCD输出信号波形图

  34. 测试结果-图像显示 遮光前 遮光后 在线逻辑分析仪测试波形图

  35. 课题总结及工作展望

  36. 答辩完毕！谢谢！

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