高速面阵CCD KAI-01050 功率驱动电路的设计方案

时间:2022-03-17作者:佚名

大比特资讯:KAI-01050是KODAK公司生产的最高帧频可达120 f/s的高速面阵CCD.本方案针对其驱动信号特点,详细介绍CCD各部分功率驱动电路设计。

此CCD功率驱动电路的难点包括40 MHz高速水平转移和复位时钟驱动、三电平阶梯波形垂直转移时钟V1和高压脉冲电子快门信号驱动设计。利用高速时钟驱动器ISL55110和钳位电路实现了高速水平转移时钟的驱动;利用两个高速MOSFET驱动器组合的方案,实现了三电平阶梯波形垂直转移时钟V1的驱动;利用两个互补高速三极管轮流开关工作实现了高压脉冲电子快门信号的驱动。对部分重点电路进行了仿真验证,并通过测试验证了本方案所设计的驱动电路满足高帧频面阵CCD KAI-01050的各项驱动要求。

0 引言

电荷耦合器件(CCD)是一种光电转换式图像传感器,它将光信号直接转换成电信号。由于CCD 具有集成度高、低功耗、低噪声、测量精度高、寿命长等诸多优点,因此,在精密测量、非接触无损检测、文件扫描与航空遥感等领域中得到了广泛的应用。CCD的功率驱动是CCD 应用的关键技术之一,只有驱动脉冲的相位和电压幅值满足CCD 的要求,CCD 才能正常的完成光电转换功能,输出满足应用需求的信号。时序极为严格的多路驱动信号是CCD正常工作的条件,由于CCD 是容性负载,因此设计具有一定带负载能力驱动信号成了CCD相机系统设计中的重点和难点。

KAI-01050是KODAK公司生产的一款高速面阵行间转移CCD,其驱动电路不仅有高达40 MHz的高速水平转移信号,还有三电平阶梯的垂直转移信号和高压脉冲的电子快门信号。这些都属于本文论述的功率驱动电路设计的重点和难点。

本文围绕CCD KAI-01050进行功率驱动电路设计,对各部分的设计进行原理分析,并对其中部分电路进行仿真验证,最后通过试验验证设计的可行性。

1 KAI-01050 面阵CCD

KAI-01050是KODAK公司生产的一款高速面阵行间转移CCD,1 024(V)×1 024(H)像素,像元大小为5.5 μm×5.5 μm,其模拟输出可选择单通道、双通道和四通道输出模式。其水平转移时钟最高频率为40 MHz,此时,单通道输出帧频最高可达30 f/s,双通道输出帧频最高可达60 f/s,四通道输出帧频最高可达120 f/s.

本文的论述的相机要求相机输出帧频为120 f/s,因此要求CCD 工作在最高水平转移时钟率40 MHz.本CCD 的驱动信号电压幅值要求和等效电容值如表1所示。

由表1可知,KAI-01050的驱动信号种类比较多,主要包括行转移(垂直转移)时钟、像素读出(水平转移)时钟、复位时钟和电子快门信号。其功率驱动电路设计重点和难点如下:

(1)垂直转移时钟V1为三电平阶梯信号;

(2)水平转移和复位时钟为40 MHz高速信号;

(3)电子快门信号为的峰值达29~40 V的高压脉冲信号。

2 功率驱动电路设计

CCD驱动电路原理框图如图1所示。

FPGA 产生垂直转移时钟、水平转移时钟、复位时钟和电子快门信号。由于FPGA产生的是3.3 V幅度的信号,需要经过功率驱动电路,转换成符合CCD要求的驱动脉冲信号,进而驱动CCD 正常工作。本文重点论述其中的功率驱动电路部分。

2.1 电压偏置模块

功率驱动电路所需电压如表1所示,根据电压需求设计的电压偏置电路原理框图如图2所示。

系统采用 12 V电源供电,电压偏置电路首先使用开关电源芯片(DC/DC)进行一级电压转换。又由于DC/DC输出电压的纹波和开关噪声较大,不能直接给电路供电,所以使用LDO芯片进行二次电压变换,最终获得稳定、低噪声的电压。

2.2 水平转移和复位驱动电路

由以上可知,欲使CCD工作在最高帧频120 f/s,水平转移和复位时钟的频率需要工作在40 MHz.每个驱动信号功率需求如式(1)所示:

式中:C 为CCD时钟管脚的等效电容;V 为信号的摆幅;f 为工作频率。由式(1)可知,频率越高,需要的功率越大。

时钟信号不仅对高低电平电压有要求,上升沿和下降沿时间也必须要在指定的范围内。要得到指定的上升时间,就必须提供相应大小的驱动电流。对CCD 功率驱动电路的要求是在较大电压摆幅情况下在快速的变化沿时能够提供足够大的瞬态驱动电流。

由于CCD 为容性负载,由下面电容模型的公式可以算出驱动器需要提供的瞬态电流。

相关阅读

酒店亮化设计需要注意什么?看完你就明白了!

大家在日常生活中也常常会看到许多的产品,这种产品真的是各式各样,为何那么说呢,就拿 酒店亮化设计 而言吧,不一样的亮化设计给人的感觉便是不一样的,亮化设计就单是从视...
2022-10-09
酒店亮化设计需要注意什么?看完你就明白了!

低压电力电容器市场报价及全系列产品技术解析

低压电力电容器全系列产品技术解析、设计方案和市场报价(含BSMJ自愈式、智能电容、抗谐模块电容) 本文梳理三类低压配电系统常用电容产品——自愈式低压并联电容器(B...
2026-04-10
低压电力电容器市场报价及全系列产品技术解析

园林景观灯照明设计的要点

近几年,城市建设高速发展,但我国的园林照明设计 行业仍处在初期发展阶段,不仅缺少专业设计人才和系统的园林照明技术规范,而且缺乏正确的审美标准和理论基础,绝大多数园林...
2022-07-15

特色小镇亮化照明应该如何设计?

近年来,伴随着旅游要求的提高和旅游人群的扩张,以文旅产业为特点的小镇前所未有受欢迎。那么, 特色小镇亮化照明 应当怎样设计呢?照明设计公司要怎样把握机会呢?接下来,...
2022-10-06
特色小镇亮化照明应该如何设计?

酒店灯光照明设计提升酒店行业竞争力

近些年,酒店领域的发展趋势慢慢扩张,大家对挑选酒店的标准也随着提升 ,好的 酒店灯光照明设计 能够让入住的顾客身心愉快,要想搞好的酒店灯光照明设计,那必须依照什么标准...
2022-09-20
酒店灯光照明设计提升酒店行业竞争力

热销商品

FEITA 镊子碳纤维合成塑料防静电无尘净化塑胶手动工具镊子93302

FEITA镊子93302采用高强度碳纤维合成塑料材质,兼具轻量化与耐用性,适用于精密操作场景。其独特的防静电设计有效避免静电对电子元件的损害,广泛应用于半导体、光学、...
1.2

江南国标rvv铜芯电缆软线3 4多芯平方rvvp护套信号屏蔽线线缆电线

江南国标rvv铜芯电缆软线34多芯平方rvvp护套信号屏蔽线线缆电线,是一种高性能的电缆产品,适用于各种信号传输和控制场合。该电缆采用优质铜芯,具有优良的导电性能和...
1.96

内六角扳手套装单个内六方螺丝刀进口S2款加长特长平头内6角2.5mm

这款进口S2材质内六角扳手套装,专为精密机械维修与装配设计,采用高品质S2合金钢制造,具备卓越的硬度、耐磨性与抗扭强度,有效防止使用过程中断裂或变形。套装中包含2....
1.4

橡胶条U型防撞包边条橡胶卡条玻璃嵌条配电箱机柜u型条密封条封王

橡胶条U型防撞包边条是一种多功能密封与防护配件,广泛应用于配电箱、机柜、玻璃门窗及各类设备边缘。采用优质橡胶材质,具备优异的弹性、耐老化、防水防尘和抗冲击...
0.8

10副装护目镜打磨劳保防飞溅男女骑行机械实验防风沙灰尘防护眼镜

这款10副装护目镜专为多场景防护设计,适用于打磨、机械加工、实验操作、骑行及户外作业等环境。采用高透光防雾镜片,有效抵御飞溅物、风沙、灰尘及化学液体喷溅,保障...
19.8

网站栏目