用于天文观测的CCD相机系统的研究

φH1、φH2时钟频率/MHz fH 　 10 15 φV1、φV2时钟频率/kHz fV 　 100 125 周期/ns te 67 100 　 φH1、φH2建立时间/μs tφHS 0.5 1 　 φV1、φV2脉冲/μs tφv 4 5 　 复位时钟脉宽/ns tφR 10 20 　 读出时间/ms treadout 34 50 　 每行读出时间/μs tline 65.8 95.6 　

 1.2 双采取、模拟放大电路及A/D变换电路

我们采用能够满足高频要求的放大器LF356N设计双采样和模拟放大电路。根据CCD的动态范围选用自带采样保持的12位A/D变换器AD1674作模数转换。

双采样原理如图2所示。RSL是CCD复位电平，光信号相当于SGL与RSL的差值，理论上只要分别在RSL和SGL处各采样一次，然后相减便得到信号的值。然而，实际上RSL和SGL并不是理想的水平线，而是存在着低频起伏噪声。为了降低噪声的影响，通常的做法是，分别在RSL和SGL处多次采样求平均，这样对硬件和数据处理软件的要求都很高。我们这里采用了积分型相关双采样技术，如图3所示，CCD信号分别经过同相和反相放大器连到模拟开关输入端。模拟开关S1打开时，RSL通过电容积分;s2打开时，SGL信号经电容积分；s3打开输入端接地，信号保持不变；s4为复位开关。积分放大器的输入、输出关系如下：

图2中的积分输出是相关双采样的输出波形图。采样保持后通过A/D进行模数转换，经8255口存在板上的RAM中。

1.3 电压偏置电路

CCD驱动信号的直流偏置电压各不相同，CPLD产生的TTL信号必须经过电压变换才能加到CCD的输入端。我们首先用LM317和LM337产生所需要的偏置电压，然后经过时钟驱动芯片DS0026转换得到时序和偏置都符合CCD要求的信号，电路如图4所示。

    LM317用于输出正相偏置电压，LM337用于输出负相偏置电压，通过调节可变电阻R2阻值可得到我们所需的偏置电压，计算公式如下：

其中，Iadj<100μA,Vref=1.25V，图4（a）中R1取240Ω，图4（b）中R1取120Ω。

2 软件编程

软件是管理硬件的工具，硬件是实现软件功能的基础。本系统的软件工作任务较重，从可编程逻辑器件的硬件描述语言编程、电路板上单片机的汇编程语言编程，到计算机上控制系统的Visual C++编程。

2.1 时序信号的VHDL语言编程

《用于天文观测的CCD相机系统的研究(第2页)》