【摘 要】
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随着电子倍增CCD（EMCCD）向高分辨率、高帧频的方向日益发展,传感器对外围电路的驱动能力和噪声抑制能力的要求也不断提高。本文以高分辨率帧转移型EMCCD图像传感器CCD201为主要研究对象,深入研究了EMCCD噪声抑制、高性能驱动电路设计、低噪声模拟前端设计、数字图像处理与传输等问题,为高分辨率、高帧频EMCCD的应用提供了有价值的参考。主要研究内容如下:针对EMCCD的高容性负载特性,在分析
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随着电子倍增CCD（EMCCD）向高分辨率、高帧频的方向日益发展,传感器对外围电路的驱动能力和噪声抑制能力的要求也不断提高。本文以高分辨率帧转移型EMCCD图像传感器CCD201为主要研究对象,深入研究了EMCCD噪声抑制、高性能驱动电路设计、低噪声模拟前端设计、数字图像处理与传输等问题,为高分辨率、高帧频EMCCD的应用提供了有价值的参考。主要研究内容如下:针对EMCCD的高容性负载特性,在分析EMCCD功率驱动特性和CCD201驱动需求的基础上,提出了集成芯片和分立器件相结合的功率驱动电路设计方法,开发了具有高瞬态电流和宽电压摆幅的EMCCD功率驱动模块。经测试,本文所设计驱动电路具有较好的驱动能力和低噪声性能,较好地抑制了时钟感生电荷噪声和倍增噪声,保证CCD201在10MHz读出频率下稳定工作。为了抑制EMCCD输出模拟信号噪声、提高组件动态范围,在分析CCD201输出特性和采集需求的基础上,设计了预处理和模拟前端采集电路,利用相关双采样有效抑制了复位噪声,实现输出信号的数字化采集。测试结果显示成像组件在16位采样精度下平均暗场噪声标准差为27.978DN值,有效位数为11位,动态范围为67.39d B,具有低噪声、宽动态范围的特点。针对组件对数字域信号产生和图像处理的需求,设计了以FPGA为核心的数字信号处理系统,实现了CCD201时序发生、模拟前端控制、数字图像传输和串行通讯的功能。经调试和实验验证,该数字信号处理系统可以完成对成像组件各模块的控制,同时实现了由计算机对组件相关参数进行配置的功能。
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