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光谱仪是一种重要的光学仪器,可用于物质结构和成分的定性或定量分析。随着图像传感器及嵌入式处理器等相关技术领域的快速发展,便携性强的微型光谱仪逐渐涌现出来。同时光谱仪的分析精度、测量范围及响应速度等方面都得到了较大的提升。目前该类光谱仪已经在光源检测、土壤成分分析、生物医学测量及水质监测等相关领域得到了较多的应用。由于大多数金属元素的电子光谱位于180-400nm波段范围内,因而紫外波段的光谱仪常用于原子发射光谱技术的金属成分检测。例如,利用微型紫外光谱仪可对润滑油中金属颗粒的成分和浓度进行检测,从而实现对机械设备的健康状况进行评估。由于普通前照式电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)的紫外灵敏度低,因而需要选择背照式CCD作为微型紫外光谱仪的传感器件。但其存在着时序复杂、供电复杂等特点,因此本文开展薄型背照式CCD的微型紫外光谱仪电路系统设计具有一定的实际意义。主要的研究内容包括以下几个方面:1、电路系统的设计:包括背照式面阵CCD驱动电路的设计、CCD信号前端处理与模数转换电路的设计、通信系统的设计、数据缓存电路的设计、温度检测电路的设计以及电源系统的设计。完成的主要工作有:采用Cortex-M3架构的高性能微控制器LPC1768完成系统时序设计,设计CCD模拟信号的前端处理电路,使用ADI公司的专业CCD信号处理芯片AD9826实现模数转换,选用SST25F016B存储器设计光谱数据缓存电路,使用CYPRESS公司的CY7C68013A芯片实现电路系统与上位机的数据通信,设计电路系统的温度检测电路,使用开关电源与低压差线性稳压器芯片及滤波系统设计电路系统的电源。2、印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)与信号完整性设计:设计电路系统的PCB,编写驱动程序实现电路系统的功能,分析电路系统及PCB中存在的问题,着重分析PCB中数模混合电路、开关电源及USB差分线的布局布线,简述信号完整性设计。总结调试过程中遇到的问题,为进一步开发提供可靠的依据。3、基于薄型背照式CCD所设计的电路系统,结合实验室同课题组同学研究的光学系统和上位机软件实测汞灯、氘灯的光谱来验证电路系统设计的质量,最后利用该微型紫外光谱仪对Conostan公司的S-21系列100ppm标油进行了原子发射光谱的采集,光谱数据稳定可靠,信噪比高,表明本电路系统设计达到了预期的效果。