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EMCCD时序发生器及其驱动电路的研究

作　者: 陈小明
导　师: 李彬华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: EMCCD相机驱动电路 VHDL编程仿真测试
分类号: TN386.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

由于电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)能对微弱光电子信号在芯片内部进行放大,具有量子效率(QE)高、空间分辨率高、可靠性好、结构紧凑、性能稳定等优点,所以基于EMCCD的成像系统能实现极微弱光目标的探测和成像。为了更好地了解EMCCD的特性,掌握将其应用于天文微光成像的技术方法,我们采用TI公司的EMCCD器件TC285SPD作为图像传感器,研制一套基于EMCCD的成像系统,简记为EMCCD相机。在本学位论文中,首先对系统中所用EMCCD器件进行了简单介绍,并叙述了该EMCCD相机系统的总体结构和设计要求,然后重点介绍了EMCCD相机驱动电路和驱动时序的设计。针对TC285SPD外围驱动电路,在参考国内外设计的基础上我们进行了原理图的设计和PSpice仿真实验。对于EMCCD相机的关键技术和难点——高压倍增(CMG)驱动电路,我们在PCB制板上采用多种措施来进行改进和优化,如采用了4层板的设计来实现电源层、地层和信号层的分割,并对电源进行了加固和完整性设计,使用磁珠隔离和电源退耦相结合的方式改善电路的EMC和EMI性能,在驱动输出与MOSFET栅极之间尽可能采用最短的布线来提高驱动器的开关性能。通过实测,证明该驱动器电路在10至40MHz时钟输入下,都能满足EMCCD高压倍增时钟输出的要求,而目前国内同行对该电路的设计,其测试结果大多运行在20MHz以下。对于相机所需的多路驱动时序以及控制要求,我们采用VHDL编程与NIOS软核设计相结合的方式,分别完成了帧转移清零和帧转移读出两种驱动模式的时序发生器设计。功能仿真表明,该时序发生器能实现对EMCCD驱动信号、ADC控制信号和Camera Link传输信号的精确控制。所以采用基于FPGA的时序发生器,可以减少对外围驱动硬件电路的依赖,使整个设计更加简洁并便于调试。最后,根据相机硬件电路和成像系统控制的需要,搭建了一个基于Altera SOPC的嵌入式测试平台,并进行了驱动时序控制的软、硬件联调,给出了最终的测试结果。对测试波形的分析结果表明,所设计的时序发生器产生EMCCD时钟的时序达到了成像系统的要求。

EMCCD时序发生器及其驱动电路的研究

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