[发明专利]一种高压运放实现EMCCD信号驱动的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种CCD的驱动技术，具体涉及一种EMCCD的高速高压驱动信号的实现系统。

背景技术

对较暗目标进行成像时，如果CCD的读出放大器噪声比较大，常常会掩盖有用信号，尤其是在读出速度较高的情况下，读出噪声会随着读出速度的提高而增大。随着CCD制作工艺的不断发展，EMCCD的问世使得微小的信号也能克服读出放大器的噪声，而且此类CCD在不需要任何附加结构的情况下，能够得到与ICCD差不多的图像质量；EMCCD的基本结构与传统的帧转移CCD大致相同，但在读出寄存器和读出放大器之间加入了数百个增益寄存器，它的电极结构不同于转移寄存器，信号在这里得到了增益。在增益寄存器中，实现雪崩倍增所需的高压电场是在增益寄存器中由相邻电极间大电位差形成的，通常一个电极上约20～50V的高幅值信号而另一个电极保持低直流偏压，通过调节高幅值脉冲的高电平来改变两电极之间的电位差从而调控倍增因子。

如何将模拟电子技术和计算机的数字化技术结合起来，为EMCCD的驱动提供新的技术手段是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明为解决现有的驱动方法难以实现的问题，提供一种高压运放实现EMCCD信号驱动的系统。

一种高压运放实现EMCCD信号驱动的系统，该系统包括控制器、数模转换电路、低通滤波器、增益可调高速高压运放电路、第一可调电压器、第二可调电压器、交流耦合电路、直流电平嵌位电路、分压采样电路和模数转换电路；

所述控制器的输出端分别与数模转换电路的输入端、第一可调电压器的输入端、第二可调电压器的输入端和增益可调高速高压运放电路的输入端连接，所述控制器向数模转换电路输出方波的幅度参数信号，控制器向第一可调电压器、第二可调电压器和增益可调高速高压运放电路输出对应的数字参数值；

所述数模转换电路的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与增益可调高速高压运放电路的输入端连接，所述第一可调电压器和第二可调电压器的输出端分别与增益可调高速高压运放电路的正、负电源端连接，为增益可调高速高压运放电路提供电压可随数字控制信号变化的供电电源，所述增益可调高速高压运放电路的输出端与交流耦合电路的输入端连接，交流耦合电路的输出端与直流电平嵌位电路的输入端连接；所述数模转换电路输出方波信号经低通滤波器后变为正弦波信号，所述低通滤波器输出的正弦波信号经增益可调高速高压运放电路放大为高幅值正弦波信号后，所述高幅值正弦波信号依次经交流耦合电路和直流电平嵌位电路嵌位后输出EMCCD低电平的电压信号；

所述直流电平嵌位电路的输出端分别与EMCCD的管脚和分压采样电路的输入端连接，所述分压采样电路的输出端与模数转换电路的输入端连接，所述模数转换电路的输出端与控制器的输入端连接；所述分压采样电路采集与EMCCD管脚信号成比例关系的低压信号传送至模数转换电路，所述模数转换电路将低压信号数字量化后传送至控制器。所述控制器根据输入的数字反馈信号计算当前的输出信号最高和最低电平值，实现闭环控制。

本发明的有益效果：

一、本发明通过增益可调高速高压运放电路获得高速高压驱动信号，可在工作频率高倍增电压高时的场合下应用；直接采用数字信号控制，电路稳定性高；增益可调高速高压运放电路为高速高压的运算放大器电路，所述的高速高压的运算放大器电路采用DC-DC电源供电，保证电源的电压随输出信号的幅度变化而变化，在输出信号幅度较低时可降低运放功耗；

二、输出信号的幅度不仅可以通过控制数模转换电路输出的信号幅度来改变，而且可以通过改变增益可调高速高压运放电路中的数字电位器阻值，从而通过改变高速高压的运算放大器电路的放大倍数来实现；

三、正弦波信号的获得不是通过传统的在一个周期内多点幅度参数描述的方法获得；而是采用直接产生方波信号后进行低通滤波只保留一次谐波来获得；

四、直接采用高速的模数转换器对信号进行高频采样，可实时监测该高速高压驱动信号的最高和最低电平值，实现输出信号电平的闭环控制，同时保证该管脚的电压始终处于正常的工作范围。

附图说明

图1为本发明所述的一种高压运放实现EMCCD信号驱动的系统的原理图；

图2为本发明所述的一种高压运放实现EMCCD信号驱动的系统框图。

具体实施方式