一种高压正弦波驱动信号发生装置制造方法及图纸

技术编号:15400642 阅读:132 留言:0更新日期:2017-05-24 10:25
本发明专利技术是一种高压正弦波驱动信号发生装置,包括通用计算机、单片机、现场可编程逻辑门阵列、数字频率合成器、变压器、第一低通滤波器、偏置电压发生器、信号放大模块、偏置电源、高压电源、高压放大模块、钳位电路、第二低通滤波器;采用两级信号放大模块、高压放大模块级联方式将数字频率合成器输出的幅度可控正弦波信号放大后通过底部钳位电路进行钳位得到高压正弦波信号,并在直接数字频率合成器后通过第一低通滤波器和在信号钳位后通过第二低通滤波器去除噪声。本发明专利技术简化正弦波的产生方法,使电子倍增电荷耦合器件CCD60的帧频达到1000Hz以上,相比国外同类相机频率提高1倍,用于电荷耦合器件的高频、高压增益驱动产生电子增益。

High voltage sine wave driving signal generating device

The present invention is a high voltage sine wave drive signal generating device, including general computer, microcontroller, FPGA, digital frequency synthesizer, a transformer, a first low pass filter, the bias voltage generator, signal amplification module, bias power supply, high voltage power supply, voltage amplifier module, clamp circuit, low-pass filter with two second; signal amplification module, high voltage amplifier module cascade amplitude controllable digital frequency synthesizer output sine wave signal is amplified by the bottom clamp circuit to get high voltage clamp sine wave signal, and through the low-pass filter and the signal clamp through second low-pass filter to remove noise in direct digital frequency synthesizer after. The invention simplifies the method of generating the sine wave, the electron multiplying CCD CCD60 frame rate reached more than 1000Hz, compared to similar foreign cameras to improve the frequency of 1 times, used in high frequency, charge coupled device of high voltage gain driven electronic gain.

【技术实现步骤摘要】
一种高压正弦波驱动信号发生装置
本专利技术属于微光成像领域,涉及一种高压正弦波驱动信号发生装置,主要用于驱动EMCCD特有的电子增益寄存器产生电子增益。
技术介绍
电子倍增电荷耦合器件(ElectronMultiplyingChargeCoupleDevice,EMCCD)在硅片上单独集成了数百级电子倍增寄存器,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,特别适合于在微弱光照条件下成像。但电荷耦合器件需要一种特有的低电压为4.0V高电压为20V-50V可调的正弦波或方波驱动信号来产生电子增益,该要求在电路具体实现时非常困难。另外,某些电子倍增CCD的读出放大器通过特殊设计后可达到18MHz以上的像素时钟频率,比如E2V公司面阵大小为128×128的CCD60,在18MHz像素时钟频率下可达到1000帧/秒的理论帧频。这进一步要求高压增益驱动信号的驱动频率达到20MHz,对产生高压驱动信号的电路带宽要求十分苛刻。目前,国外市场上已经可以购买到电荷耦合器件成品相机,比如Andor公司的DV860相机,其读出噪声可达到65e-,最高增益倍数可达到1000倍,但其设计保守,最高帧频只能达到500帧/秒,远远没有达到CCD60的理论最高帧频1000帧/秒,具有非常大的改进空间。而要达到最大理论帧频,必须要攻克两个难题:达到20MHz的高压增益驱动技术和电荷包高速转移下的低噪声处理技术。电荷耦合器件相机外围驱动技术是当前国内外微光成像领域专家的研究热点,但都集中在像素时钟约为10MHz的低频研究领域,远远不能满足像素时钟达到20MHz以上的高帧频电荷耦合器件相机驱动需求。其采用的将数字频率合成离散数字正弦波信号的技术在FPGA内部实现并在后续采用DA转换为模拟正弦波信号的方法实现较为复杂,同时由于电路关键模块带宽不足的问题不能达到20MHz的驱动频率。因此,如何实现驱动频率可达到20MHz以上、电压幅度达到45V以上的电荷耦合器件高压增益驱动信号是研制高帧频电荷耦合器件相机首先要解决的问题。
技术实现思路
(一)解决的技术问题为解决现有电荷耦合器件高压增益正弦波驱动装置不能达到20MHz驱动频率而导致电荷耦合器件60无法达到1000Hz最高帧频的问题,专利技术了一种信号频率可达到20MHz、信号幅度可达到45V的电荷耦合器件正弦波驱动装置。(二)技术方案本专利技术提供的一种高压正弦波驱动信号发生装置,主要包括通用计算机、单片机、现场可编程逻辑门阵列、数字频率合成器、变压器、第一低通滤波器、偏置电压发生器、信号放大模块、偏置电源、高压电源、高压放大模块、钳位电路、第二低通滤波器,其中:单片机与通用计算机连接,单片机根据通用计算机发送的控制命令字生成并输出数字频率合成器内部参数寄存器的配置参数;数字频率合成器与现场可编程逻辑门阵列、单片机连接,接收现场可编程逻辑门阵列提供的同步时钟作为主时钟信号,同时接收单片机输出的数字频率合成器内部参数寄存器的配置参数,根据配置参数信息输出差分正弦波信号;变压器与数字频率合成器连接,用于将差分正弦波信号转化为单端正弦波信号;第一低通滤波器与变压器连接,用于滤除数字频率合成器输出正弦波信号中的阶梯状噪声,输出平滑的正弦波信号;信号放大模块与低通滤波器、偏置电压发生器连接,接收偏置电压发生器输出的偏置电压以及第一低通滤波器输出的平滑的正弦波信号,生成并输出一路交流分量放大5倍且具有一定直流偏置量的一级正弦波信号;高压放大模块与信号放大模块、高压电源连接,高压放大模块接收高压电源输出的电压作为供电电源,高压放大模块将信号放大模块输出的一级正弦波信号放大9倍并输出二级正弦波信号;钳位电路与高压放大模块、偏置电源连接,偏置电源为钳位电路提供偏置电压,钳位电路将高压放大模块输出的二级正弦波信号的底部钳位到4.0V电压上,并输出带有4.0V直流偏置的二级正弦波信号;第二低通滤波器与钳位电路连接,滤除钳位电路输出的带有4.0V直流偏置的二级正弦波信号的噪声,得到并为电子倍增电荷耦合器件提供最大频率20MHz的高压正弦波单频信号。(三)有益效果本专利技术将电荷耦合器高压正弦波驱动信号频率从原来的10MHz提高到20MHz,相比现有装置驱动频率提高了100%,可将60型号的电荷耦合器的拍摄帧频从500帧/秒提高到最高理论帧频1000帧/秒,相比国外同类相机提升了1倍,并大大简化正弦波的产生方法,可满足目前E2V公司所有EMCCD产品对高压增益信号的驱动要求,具有非常好的通用性。附图说明图1是本专利技术可达20MHz的电子倍增电荷耦合器件高压正弦波驱动信号产生装置的实施例框图;图2是本专利技术实施例中三阶无源低通滤波器;图3是本专利技术中信号放大模块为第一级放大电路的实施例;图4是本专利技术中钳位电路为二极管底部钳位电路实施例;图5是本专利技术中低通滤波电路为RC低通滤波电路的实施例;图6是本专利技术装置实施例产生的正弦波驱动信号。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本专利技术进一步详细说明。本专利技术是针对电荷耦合器件(CCD)的实施例,所述电荷耦合器件为面阵电荷耦合器件,本领域技术人员通过本专利技术下面的实施例,能实现涉及驱动任一面阵电荷耦合器件的高压正弦波驱动信号发生装置,下面仅以驱动CCD相机中电子倍增电荷耦合器件的高压正弦波驱动信号发生装置为例介绍实施例:如图1示出可达20MHz的电子倍增电荷耦合器件高压正弦波驱动信号产生装置,包括通用计算机PC、单片机MCU、现场可编程逻辑门阵列FPGA、数字频率合成器DDS、变压器、第一低通滤波器、偏置电压发生器、信号放大模块、偏置电源、高压电源、高压放大模块、钳位电路、第二低通滤波器;所述第一低通滤波器使用三级无源低通滤波器。所述钳位电路使用二极管钳位电路。数字频率合成器使用单片集成式直接数字频率合成器。第二低通滤波器使用RC低通滤波电路。高压电源为50V高压电源。其中:单片机与通用计算机连接,单片机根据通用计算机发送的控制命令字生成并输出数字频率合成器内部参数寄存器的配置参数;数字频率合成器与现场可编程逻辑门阵列、单片机连接,接收现场可编程逻辑门阵列提供的同步时钟作为主时钟信号,同时接收单片机输出的数字频率合成器内部参数寄存器的配置参数,根据配置参数信息输出差分正弦波信号;变压器与数字频率合成器连接,用于将差分正弦波信号转化为单端正弦波信号;第一低通滤波器与变压器连接,用于滤除数字频率合成器输出正弦波信号中的阶梯状噪声,输出平滑的正弦波信号;信号放大模块与低通滤波器、偏置电压发生器连接,接收偏置电压发生器输出的偏置电压以及第一低通滤波器输出的平滑的正弦波信号,生成并输出一路交流分量放大5倍且具有一定直流偏置量的一级正弦波信号;高压放大模块与信号放大模块、高压电源连接,高压放大模块接收高压电源输出的电压作为供电电源,高压放大模块将信号放大模块输出的一级正弦波信号放大9倍并输出二级正弦波信号;钳位电路与高压放大模块、偏置电源连接,偏置电源为钳位电路提供偏置电压,钳位电路将高压放大模块输出的二级正弦波信号的底部钳位到4.0V电压上,并输出带有4.0V直流偏置的二级正弦波信号;第二低通滤波器与钳位电路连接,滤除钳位电路输出的带有4本文档来自技高网
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一种高压正弦波驱动信号发生装置

【技术保护点】
一种高压正弦波驱动信号发生装置,其特征在于:主要包括通用计算机、单片机、现场可编程逻辑门阵列、数字频率合成器、变压器、第一低通滤波器、偏置电压发生器、信号放大模块、偏置电源、高压电源、高压放大模块、钳位电路、第二低通滤波器,其中:单片机与通用计算机连接,单片机根据通用计算机发送的控制命令字生成并输出数字频率合成器内部参数寄存器的配置参数;数字频率合成器与现场可编程逻辑门阵列、单片机连接,接收现场可编程逻辑门阵列提供的同步时钟作为主时钟信号,同时接收单片机输出的数字频率合成器内部参数寄存器的配置参数,根据配置参数信息输出差分正弦波信号;变压器与数字频率合成器连接,用于将差分正弦波信号转化为单端正弦波信号;第一低通滤波器与变压器连接,用于滤除数字频率合成器输出正弦波信号中的阶梯状噪声,输出平滑的正弦波信号;信号放大模块与第一低通滤波器、偏置电压发生器连接,接收偏置电压发生器输出的偏置电压以及第一低通滤波器输出的平滑的正弦波信号,生成并输出一路交流分量放大5倍且具有一定直流偏置量的一级正弦波信号;高压放大模块与信号放大模块、高压电源连接,高压放大模块接收高压电源输出的电压作为供电电源,高压放大模块将信号放大模块输出的一级正弦波信号放大9倍并输出二级正弦波信号;钳位电路与高压放大模块、偏置电源连接,偏置电源为钳位电路提供偏置电压,钳位电路将高压放大模块输出的二级正弦波信号的底部钳位到4.0V电压上,并输出带有4.0V直流偏置的二级正弦波信号;第二低通滤波器与钳位电路连接,滤除钳位电路输出的带有4.0V直流偏置的二级正弦波信号的噪声,得到并为电子倍增电荷耦合器件提供最大频率20MHz的高压正弦波单频信号。...

【技术特征摘要】
1.一种高压正弦波驱动信号发生装置,其特征在于:主要包括通用计算机、单片机、现场可编程逻辑门阵列、数字频率合成器、变压器、第一低通滤波器、偏置电压发生器、信号放大模块、偏置电源、高压电源、高压放大模块、钳位电路、第二低通滤波器,其中:单片机与通用计算机连接,单片机根据通用计算机发送的控制命令字生成并输出数字频率合成器内部参数寄存器的配置参数;数字频率合成器与现场可编程逻辑门阵列、单片机连接,接收现场可编程逻辑门阵列提供的同步时钟作为主时钟信号,同时接收单片机输出的数字频率合成器内部参数寄存器的配置参数,根据配置参数信息输出差分正弦波信号;变压器与数字频率合成器连接,用于将差分正弦波信号转化为单端正弦波信号;第一低通滤波器与变压器连接,用于滤除数字频率合成器输出正弦波信号中的阶梯状噪声,输出平滑的正弦波信号;信号放大模块与第一低通滤波器、偏置电压发生器连接,接收偏置电压发生器输出的偏置电压以及第一低通滤波器输出的平滑的正弦波信号,生成并输出一路交流分量放大5倍且具有一定直流偏置量的一级正弦波信号;高压放大模块与信号放大模块、高压电源连接,高压放大模块接收高压电源输出的电压作为供电电源,高压放大模块将信号放大模块输出的一级正弦波信号放大9倍并输出二级正弦波信号;钳位电路与高压放大模块、偏置电源连接,偏置电源为钳位电路提供偏置电压,钳位电路将高压放大模块输出的二级正弦波信号的底部钳位到4.0V电压上,并输出带有4.0V直流偏置的二级正弦波信号;第二低通滤波器与钳位电路连接,滤除钳位电路输出的带有4.0V直流偏置的二级正弦波信号的噪声,得到并为电子倍增电荷耦合器件提供最大频率20MHz的高压正弦波单频信号。2.根据权利要求1所述的高压正弦波驱动信号发生装置,其特征在于:通用计算机发送命令字控制单片机内部程序,通过单片机实现对数字频率合成器内部寄存器的控制,输出相位、幅度、频率可控制的正弦波信号。3.根据权利要求1所述的高压正弦波驱动信号发生装置,其特征在于:所述数字频率合成器输出幅度大小为1V的差分正弦波信号,并由现场可编程逻辑门阵列提供数字频率合成器的同步时钟,实现现场可编程逻辑门阵列内部的驱动信号与高压正弦波驱动信号同步,用于简化正弦波信号的产生过程。4.根据权利要求1所述的高压正弦波驱动信号发生装置,其特征在于:所...

【专利技术属性】
技术研发人员:王明富刘非周向东刘光林马文礼
申请(专利权)人:中国科学院光电技术研究所
类型:发明
国别省市:四川,51

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