一种基于背照CCD的极紫外成像电路

技术领域

本发明涉及极紫外成像领域，特别涉及一种基于背照CCD的极紫外成像电 路。

背景技术

空间极紫外成像主要在四个极紫外波段13.0nm、17.1nm、19.5nm和30.4nm。 目前极紫外成像探测器大多采用基于微通道板的光子计数探测器，由于微通道 板需要可以调节的上千伏的高压电源，不仅体积大、重量大、分辨率低、控制 复杂，而且容易出现故障。

根据器件结构和工艺的不同，CCD分为前照式和背照式。前照式CCD中， 光线从电极一面入射，CCD的量子效率比较低，短波响应差，对紫外及其以下 波段无响应。而背照式CCD中，光线从无电极的背面入射减少了电极对短波的 吸收，具有量子效率高、灵敏度高，短波响应高等优点，并且可通过在背照CCD 硅表面制作减反膜，进一步提高短波响应。

背照CCD这些优点非常适合极紫外成像应用，背照CCD可通过非镀膜的工 艺达到对极紫外波段很好的响应，相比传统极紫外成像技术，具有体积小、重 量轻、分辨率高等优点。

发明内容

本发明目的是提供一种可应用于极紫外成像的，基于背照CCD的成像电路， 克服现有基于微通道板的极紫外成像系统体积大、重量大、分辨率低、控制复 杂，而且容易出现故障的缺点。

本发明是为克服现有技术的缺点，提出的技术方案：一种基于背照CCD的 极紫外成像电路，该电路包括RS-422通讯电路、FPGA、驱动模块、背照CCD、 预放电路、视频处理电路、Cameralink数据传输电路和电源电路；

所述RS-422通讯电路向FPGA传输控制系统的命令；

所述FPGA接收RS-422通讯电路传输的控制命令控制整个电路工作、产生 背照CCD工作所需的时序信号输出到驱动模块、对视频处理电路控制及数据处 理；

所述驱动模块将时序信号驱动成符合背照CCD要求幅值的时序信号，驱动 背照CCD正常工作；

所述背照CCD将极紫外光信号转换为电信号，输出视频模拟信号到预放电 路；

所述预放电路将输入的模拟信号进行放大滤波后输出到视频处理电路；

所述视频处理电路根据FPGA的控制时序将模拟信号进行相关双采样和数字 量化，将量化后的数字信号再传送给FPGA，FPGA对图像进行整合处理；

所述Camerlink数据传输电路接收FPGA整合处理后的图像数据，将图像数 据发送给图像接收系统；

所述电源模块用于对整个电路系统供电。

本发明有益效果：一种基于背照CCD的极紫外成像电路，实现了极紫外光 信号的光电转换，信号处理和输出；具有体积小、重量轻、分辨率高等优点。

附图说明

图1为一种基于背照CCD的极紫外成像电路的组成框图；

图2为驱动模块框图；

图3为电源电路框图。

图中，1、RS-422通讯电路，2、FPGA，3、驱动模块，4、背照CCD，5、预 放电路，6、视频处理电路，7、Cameralink数据传输电路，8、电源电路。

具体实施方式

图1是电路的组成框图，包括：RS-422通讯电路1、FPGA2、驱动模块3、 背照CCD4、预放电路5、视频处理电路6、Cameralink数据传输电路7和电源 电路8。

RS-422通讯电路1与所述FPGA2连接，用于传输外接控制系统的命令给 FPGA2。

FPGA2采用Xilinx公司的XC3S400-PQ208。FPGA通过RS-422通讯电路1 接收控制命令控制整个电路工作、产生背照CCD4时序信号、对视频处理电路6 控制、数据整合和输出。FPGA2的控制模块通过接收控制命令，设置积分时间， 以及选择工作模式。积分时间模块通过设置背照CCD4的感光积分时间，实现 背照CCD4感光阵列的电荷积累。在单通道或双通道模式下，时序产生电路产 生背照CCD4所需的驱动时序，输入驱动芯片EL7457。由电压偏置电路提供电 平参考，使EL7457输出的驱动脉冲满足CCD47-10驱动脉冲的电平要求，实现 对积累电荷的转移输出。

如图2所示，驱动模块3结构，驱动模块3分为时序发生器、驱动器以及 电压偏置电路三个模块进行设计。其中电压偏置电路由系统的电源模块提供。 驱动模块3将时序信号驱动成符合背照CCD4要求幅值的时序信号，驱动背照 CCD4正常工作；

背照CCD4选择英国E2V公司生产的全帧式面阵CCD，型号为CCD47-10。 根据不同的极紫外波段应用，CCD47-10可以采用不同的镀膜技术。在本发明电 路系统应用时，背照CCD4接收前端光学系统的极紫外光信号，将极紫外光信 号转换为电信号，输出视频模拟信号到预放电路5；

预放电路5包括三极管射随电路和运算放大电路，背照CCD4输出的模拟 信号首先通过预放电路的三极管射随电路进行隔离及阻抗变换，然后通过运算 放大电路进行放大滤波后输入给视频处理电路6。

视频信号处理电路6包含信号隔直、增益和偏置调节、箝位、相关双采样 (CDS)、A/D转换及时序发生器等部分。由于分立元件具有电路复杂、调试困难、 不利于系统集成等难以克服的缺点，本电路采用专门用于CCD输出信号处理的 视频处理器。由于背照CCD4输出可采用单通道模式或双通道模式输出，因此 选用了三通道视频处理器采用XRD9836，利用其中的两路进行视频处理，减少了 电路板面积，提高了集成度。XRD9836是EXAR公司生产的专门用于CCD信号采 集的集成电路芯片，具有16位分辨率A/D、最大15MHz采样频率、相关双采样 电路、10位可编程增益放大器、暗电平校正功能，可通过串行接口对内部寄存 器进行配置。视频处理电路6根据FPGA2的控制时序将模拟信号进行相关双采 样和数字量化，将量化后的数字信号传送给FPGA2，FPGA2对图像进行整合处 理；

FPGA2接收视频处理A/D量化后的数据进行整合处理后，通过Cameralink数 据传输电路7将图像数据发送给图像接收系统。接口芯片采用DS90CR287。根据 CameraLink协议，CameraLink数据传输电路数据发送端采用DS90CR287芯片， 将28位数据和1位像素时钟信号分别转换成4路LVDS数据及1路LVDS时钟信号，连 接器选用3M公司Cameralink标准连接器MDR-26。

如图3所示，电源电路8采用28V电源供电，而整个电路总共需要12种电 压，包括：29V，17V，15V，12V，10V，9.5V，5V，3.3V，2.5V，1.2V，1V，-5V。电源模块 框图如附图3所示：首先使用开关电源芯片(DC/DC)进行一级电压转换，又由 于开关电源芯片(DC/DC)输出电压的纹波和开关噪声较大，不能直接给模拟电 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， 实现对整个电路系统供电。