[发明专利]一种高压方波增益驱动信号幅度控制装置

说明书

技术领域

本发明属于微光成像领域，涉及一种输出电压可控制的高压电源装置，主要应用于微光成像领域的电子倍增电荷耦合器件所特有的高压电子增益方波驱动信号的幅度控制。

背景技术

电子倍增电荷耦合器件(Electron Multiplying Charge Couple Device，EMCCD)是近十年来在电荷耦合器件图像传感器领域出现的一项新技术，其在硅片上单独集成了数百级电子倍增寄存器，利用相邻两个栅极所形成的高压电场可在电子域将信号电子放大1000倍以上，获得非常高的灵敏度，特别适合于微光成像。相比于传统带像增强器的电荷耦合器件，其结构和体积大大简化，在某些重量和体积敏感的应用场合具有较大优势。但电子倍增电荷耦合器件需要一种特有的低电压为4.0V高电压在20V～49V范围内可调的正弦波或方波驱动信号来产生电子增益。电子倍增电荷耦合器件的电子增益倍数与增益电压幅度及电荷耦合器件工作温度的关系可用图2来表示，当增益电压幅度低于20V电压时，基本不产生电子增益；随着电压幅度升高，电子增益倍数迅速增大，在电荷耦合器件工作在零下45℃以下且增益电压大于46V时电子增益倍数可达到1000倍以上。因此，根据具体使用环境来设定电子倍增电荷耦合器件的电子增益倍数就显得特别重要，归根结底就是要根据需要控制高压增益驱动信号的幅度。

电子倍增电荷耦合器件高压增益驱动信号可采用方波或正弦波驱动，但由于方波驱动信号更容易实现且对相位要求相对宽松，目前绝大部分电子倍增电荷耦合器件相机都是采用高压方波信号来驱动电子倍增寄存器产生增益电子。对于高压方波驱动信号发生装置来说，目前采用的信号幅度调节方法主要是通过一个DC-DC电压模块将系统电压升压到50V以上，再级联一级高压线性稳压器LDO，通过高压数字电位器作为高压线性稳压器LDO的电压调节端电阻，再采用单片机来设置高压线性稳压器LDO的电压调节端电阻阻值大小从而达到控制高压电源输出电压大小的目的。这种方法会使高压线性稳压器LDO输入与输出之间产生较大电压差，最大将会达到30V左右，会在高压线性稳压器LDO上产生大量热量，对系统可靠性及散热设计带来较大麻烦，并且电能利用效率不高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决电子倍增电荷耦合器件现有高压方波驱动信号幅度控制方法电能利用效率不高、产生较大热量而导致系统可靠性大大降低的问题，发明了一种可显著提高电能利用效率的一种高压方波增益驱动信号幅度控制装置，提高了系统的可靠性。

(二)技术方案

本发明提供一种高压方波增益驱动信号幅度控制装置，其特征在于：主要包括通用计算机、单片机、数模转换器、高压放大器、高压线性电源、直流偏置电路、监控电路、滤波电路，其中：单片机连接通用计算机，单片机接收通用计算机发送控制单片机内部程序运行的控制命令；单片机连接数模转换器，单片机接收并将通用计算机发送的数模转换器的输出电压设置值直接写入数模转换器内部的转换寄存器，用于控制数模转换器将输出电压设置值转换为原始模拟电压信号；单片机连接监控电路，单片机读取监控电路生成的以数字量表示的取样信号值，依据取样信号值生成输出高压线性电源的使能控制信号，并将该数字量反馈回通用计算机；高压线性电源连接到单片机，接收单片机发送的使能控制信号，生成并高压放大器提供高压直流电压；直流偏置电路，用于提为高压放大器提供直流偏置电压；高压放大器分别连接直流偏置电路、数模转换器和高压线性电源，接收由高压线性电源提供的高压直流电压、直流偏置电路提供的直流偏置电压信号和数模转换器生成的原始模拟电压信号，并将原始模拟电压信号、直流偏置电压信号经过线性放大，产生一个幅度可控的高压直流电压信号；监控电路的输入端连接滤波电路输出端，用于对滤波电路输出的高压直流电压信号实时取样并进行模数转换，生成并输出以数字量表示的取样信号值；滤波电路的输入端连接到高压放大器的输出端，接收并对高压直流电压信号进行滤波，输出滤波后的高压直流电压信号作为方波发生电路的供电电源。

(三)有益效果：

本发明旨在解决现有电子倍增电荷耦合器件高压方波驱动信号幅度控制装置电能利用效率不高、产生较大热量导致系统可靠性降低的问题，该装置相比原有幅度控制方法电能利用效率提高了50％以上，并可省去体积庞大的散热器，节省相机内部空间，同时提高系统的可靠性，并可通过上位通用计算机软件直接在20V～50V范围内控制输出电压，控制方法简单易操作，非常适合于电子倍增电荷耦合器件的高压方波驱动信号的电压幅度控制。

附图说明