一種基於背照ccd的極紫外成像電路的製作方法

2023-05-19 18:40:41

專利名稱：一種基於背照ccd的極紫外成像電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及極紫外成像領域，特別涉及一種基於背照CCD的極紫外成像電路。
背景技術：
空間極紫外成像主要在四個極紫外波段13. 0nmU7. lnm、19. 5nm和30. 4nm。目前極紫外成像探測器大多採用基於微通道板的光子計數探測器，由於微通道板需要可以調節的上千伏的高壓電源，不僅體積大、重量大、解析度低、控制複雜，而且容易出現故障。根據器件結構和工藝的不同，CXD分為前照式和背照式。前照式CXD中，光線從電極一面入射，CCD的量子效率比較低，短波響應差，對紫外及其以下波段無響應。而背照式 CCD中，光線從無電極的背面入射減少了電極對短波的吸收，具有量子效率高、靈敏度高，短波響應高等優點，並且可通過在背照CCD矽表面製作減反膜，進一步提高短波響應。背照CXD這些優點非常適合極紫外成像應用，背照CXD可通過非鍍膜的工藝達到對極紫外波段很好的響應，相比傳統極紫外成像技術，具有體積小、重量輕、解析度高等優點ο

發明內容
本發明目的是提供一種可應用於極紫外成像的，基於背照CCD的成像電路，克服現有基於微通道板的極紫外成像系統體積大、重量大、解析度低、控制複雜，而且容易出現故障的缺點。本發明是為克服現有技術的缺點，提出的技術方案一種基於背照CCD的極紫外成像電路，該電路包括RS-422通訊電路、FPGA、驅動模塊、背照(XD、預放電路、視頻處理電路、Cameralink數據傳輸電路和電源電路；所述RS-422通訊電路向FPGA傳輸控制系統的命令；所述FPGA接收RS-422通訊電路傳輸的控制命令控制整個電路工作、產生背照CXD 工作所需的時序信號輸出到驅動模塊、對視頻處理電路控制及數據處理；所述驅動模塊將時序信號驅動成符合背照CCD要求幅值的時序信號，驅動背照 CCD正常工作；所述背照CCD將極紫外光信號轉換為電信號，輸出視頻模擬信號到預放電路；所述預放電路將輸入的模擬信號進行放大濾波後輸出到視頻處理電路；所述視頻處理電路根據FPGA的控制時序將模擬信號進行相關雙採樣和數字量化，將量化後的數位訊號再傳送給FPGA，FPGA對圖像進行整合處理；所述Camerl ink數據傳輸電路接收FPGA整合處理後的圖像數據，將圖像數據發送給圖像接收系統；所述電源模塊用於對整個電路系統供電。本發明有益效果一種基於背照CCD的極紫外成像電路，實現了極紫外光信號的光電轉換，信號處理和輸出；具有體積小、重量輕、解析度高等優點。


圖1為一種基於背照CXD的極紫外成像電路的組成框圖；圖2為驅動模塊框圖；圖3為電源電路框圖。圖中，1、RS-422通訊電路，2、FPGA，3、驅動模塊，4、背照CCD，5、預放電路，6、視頻處理電路，7、Cameralink數據傳輸電路，8、電源電路。
具體實施例方式圖1是電路的組成框圖，包括RS-422通訊電路1、FPGA2、驅動模塊3、背照CCD4、 預放電路5、視頻處理電路6、Cameralink數據傳輸電路7和電源電路8。RS-422通訊電路1與所述FPGA2連接，用於傳輸外接控制系統的命令給FPGA2。FPGA2採用Xi 1 inx公司的XC3S400-PQ208。FPGA通過RS-422通訊電路1接收控制命令控制整個電路工作、產生背照CCD4時序信號、對視頻處理電路6控制、數據整合和輸出。FPGA2的控制模塊通過接收控制命令，設置積分時間，以及選擇工作模式。積分時間模塊通過設置背照(XD4的感光積分時間，實現背照(XD4感光陣列的電荷積累。在單通道或雙通道模式下，時序產生電路產生背照(XD4所需的驅動時序，輸入驅動晶片EL7457。由電壓偏置電路提供電平參考，使EL7457輸出的驅動脈衝滿足CCD47-10驅動脈衝的電平要求， 實現對積累電荷的轉移輸出。如圖2所示，驅動模塊3結構，驅動模塊3分為時序發生器、驅動器以及電壓偏置電路三個模塊進行設計。其中電壓偏置電路由系統的電源模塊提供。驅動模塊3將時序信號驅動成符合背照CCD4要求幅值的時序信號，驅動背照CCD4正常工作；背照(XD4選擇英國E2V公司生產的全幀式面陣(XD，型號為(XD47-10。根據不同的極紫外波段應用，CCD47-10可以採用不同的鍍膜技術。在本發明電路系統應用時，背照 CCD4接收前端光學系統的極紫外光信號，將極紫外光信號轉換為電信號，輸出視頻模擬信號到預放電路5;預放電路5包括三極體射隨電路和運算放大電路，背照(XD4輸出的模擬信號首先通過預放電路的三極體射隨電路進行隔離及阻抗變換，然後通過運算放大電路進行放大濾波後輸入給視頻處理電路6。視頻信號處理電路6包含信號隔直、增益和偏置調節、箝位、相關雙採樣(⑶S)、A/ D轉換及時序發生器等部分。由於分立元件具有電路複雜、調試困難、不利於系統集成等難以克服的缺點，本電路採用專門用於CCD輸出信號處理的視頻處理器。由於背照CCD4輸出可採用單通道模式或雙通道模式輸出，因此選用了三通道視頻處理器採用XRD9836，利用其中的兩路進行視頻處理，減少了電路板面積，提高了集成度。XRD9836是EXAR公司生產的專門用於CCD信號採集的集成電路晶片，具有16位解析度A/D、最大15MHz採樣頻率、相關雙採樣電路、10位可編程增益放大器、暗電平校正功能，可通過串行接口對內部寄存器進行配置。視頻處理電路6根據FPGA2的控制時序將模擬信號進行相關雙採樣和數字量化，將量化後的數位訊號傳送給FPGA2，FPGA2對圖像進行整合處理；FPGA2接收視頻處理A/D量化後的數據進行整合處理後，通過Cameralink數據傳
4輸電路7將圖像數據發送給圖像接收系統。接口晶片採用DS90CM87。根據CameraLink協議，CameraLink數據傳輸電路數據發送端採用DS90CR287晶片，將28位數據和1位像素時鐘信號分別轉換成4路LVDS數據及1路LVDS時鐘信號，連接器選用3M公司Cameralink 標準連接器MDR46。 如圖3所示，電源電路8採用28V電源供電，而整個電路總共需要12種電壓，包括 29V, 17V, 15V, 12V, 10V,9. 5V，5V，3. 3V，2. 5V, 1. 2V，1V，_5V。電源模塊框圖如附圖 3 所示首先使用開關電源晶片(DC/DC)進行一級電壓轉換，又由於開關電源晶片(DC/DC)輸出電壓的紋波和開關噪聲較大，不能直接給模擬電路供電，所以使用LDO晶片進行二次電壓變換， 最終獲得穩定、低噪聲的電壓，實現對整個電路系統供電。
權利要求
1.一種基於背照C⑶的極紫外成像電路，其特徵在於，該電路包括RS-422通訊電路 (1)、FPGA(2)、驅動模塊(3)、背照CCD(4)、預放電路(5)、視頻處理電路(6) Xameralink數據傳輸電路⑵和電源電路⑶；所述RS-422通訊電路(1)向FPGA(2)傳輸外接控制系統的命令； 所述FPGA( 接收RS-422通訊電路(1)傳輸的控制命令控制整個電路工作、產生背照 CCD(4)工作所需的時序信號輸出到驅動模塊(3)、對視頻處理電路(6)控制及數據處理；所述驅動模塊(3)將時序信號驅動成符合背照CCD (4)要求幅值的時序信號，驅動背照 CXD (4)正常工作；所述背照CCD(4)將接收的極紫外光信號轉換為電信號，輸出視頻模擬信號到預放電路⑶；所述預放電路( 將輸入的模擬信號進行放大濾波後輸出到視頻處理電路(6)； 所述視頻處理電路(6)根據FPGA ( 的控制時序將模擬信號進行相關雙採樣和數字量化，將量化後的數位訊號傳送給FPGA (2)，FPGA (2)對圖像進行整合處理；所述Camerlink數據傳輸電路(7)接收FPGA ( 整合處理後的圖像數據，將圖像數據發送給圖像接收系統；所述電源模塊(8)用於對整個電路系統供電。
2.根據權利要求1所述的一種基於背照CCD的極紫外成像電路，其特徵在於，所述預放電路( 包括三極體射隨電路和運算放大電路；三極體射隨電路進行隔離及阻抗變換，運算放大電路進行放大濾波處理。
3.根據權利要求1所述的一種基於背照CCD的極紫外成像電路，其特徵在於，所述電源模塊(8)先使用開關電源晶片進行一級電壓轉換，然後使用LDO晶片進行二次電壓變換。
全文摘要
一種基於背照CCD的極紫外成像電路，涉及極紫外成像領域，為克服現有基於微通道板的極紫外成像系統體積大、重量大、解析度低、控制複雜，而且容易出現故障的缺點，本發明提供了一種基於背照CCD的極紫外成像電路，該電路包括RS-422通訊電路、FPGA、驅動模塊、背照CCD、預放電路、視頻處理電路、Cameralink數據傳輸電路和電源電路；本發明實現了極紫外光信號的光電轉換，信號處理和輸出；具有體積小、重量輕、解析度高等優點。
文檔編號H04N5/341GK102547154SQ20111044954
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者張鑫, 曲洪豐, 王曉東 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所