EMCCD图像传感器CCD97时序驱动电路的设计
EMCCD( E lectr on Mult iply ing Charg e Co upLEDDevice) 是新一代高质量微光成像器件。与传统CCD( Charg e Coupled Device) 相比, 它采用了片上电子增益技术, 利用片上增益寄存器使图像信息在电子转移过程中得到放大, 这使得它在很高的读出速率下仍具有相对很低的读出噪声, 能在微光源下高分辨力成像。
EMCCD的这些特性使其在航天微光目标探测、微光生命科学成像、军用高性能夜视探测等领域具有极大的应用潜力。EMCCD驱动电路是EMCCD 应用的核心技术, 其性能直接影响到成像质量。目前常用的时序产生方法有以下几种:
( 1) 直接数字电路驱动法。这种方法原理简单, 容易实现。但是逻辑设计较复杂, 调试非常困难, 而且在实际电路中因使用芯片较多, 为整个系统带来不可靠性。
( 2) MCU 驱动法。该方法是通过编程MCU 的I/ O端口来获得CCD 驱动脉冲信号的。这种方法的灵活性好, 精度也可以很高, 对不同的CCD 器件只需要修改程序即可。由于CCD 的驱动频率为MHz 级, 使得选用MCU 器件的工作频率必须很高( 提高了硬件成本) , 同时因频繁的中断和任务调度使MCU 效率很低。
( 3) EPROM 驱动法。这种驱动电路一般由晶体震荡器、计数电路和EPROM 存储器构成。这种驱动时序产生方法, 结构简单、明确, 调试容易, 缺点是结构尺寸太大, 对于实现复杂的驱动时序有较大困难。
( 4) 专用IC 驱动方法。这种方法就是利用CCD专用IC 来产生时序, 集成度高, 功能强, 使用方便。对摄像机等视频领域应用的CCD 或三元彩色CCD, 这种驱动方法是首选。一般由相应的CCD 厂家提供。
另一种更有效的方法就是使用CPLD, FPGA 等大规模可编程逻辑器件实现。通过对该逻辑器件的编程,能实现任意复杂的时序逻辑, 且调试方便, 只使用一片集成电路以及少数外围器件, 故可靠性高。本文即采用这种方法, 实现了CCD97所需的12 路驱动时序。
1CCD97简介
CCD97是E2V 公司的背照式低照度CCD图像传感器, 有效像素512 × 512, 像素大小16 μm × 16 μm, 它是帧转移型CCD, 芯片采用反向输出模式抑制暗电流,其灵敏度高, 噪声控制方面精益求精, 由于采用新的输出放大电路, 使它能在11 MHz 的像素读出速率下, 以低于1 电子/ 像素的超低噪声工作, 其量子效率高达92. 5%。它获取图像速度快, 具有正常CCD 和EMCCD双读出模式。在微光成像系统中更具有优越性, 能实现真正意义上的24 h 实时监控。
2驱动电路的设计
2. 1 CCD97 驱动电路的要求
成像区向存储区的转移波形如图1 所示。
![成像区向存储区的转移波形](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20131227/207235_1_0.jpg)
图1 成像区向存储区的转移波形
![](http://m.amcfsurvey.com/webstorage/images/display/reg.jpg)
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