1、小型科學(xué)級(jí)CCD相機(jī)的設(shè)計(jì)目錄背景介紹功能需求實(shí)現(xiàn)方案最終成果總結(jié)與展望背景介紹CCD(Charge-coupled Device)優(yōu)勢(shì)：噪聲低，量子效率高，暗電流低應(yīng)用：生物化學(xué)弱光顯微成像Biology and chemical weak light microscopy imaging粒子物理實(shí)驗(yàn)Particle physics experiments量子點(diǎn)成像Quantum dot imaging天文光學(xué)波段成像Astronomical optical band imaging天文觀測(cè)Astro observation背景介紹相機(jī)用途：導(dǎo)星行星追蹤德令哈1.2米天文臺(tái)望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系

2、統(tǒng)設(shè)計(jì)背景介紹CCD相機(jī)設(shè)計(jì)需求讀出速率不低于1M pixel/sCCD芯片工作溫度低于環(huán)境溫度40相機(jī)尺寸小于170mm*130mm*80mm讀出噪聲低于15e- rms功能需求 實(shí)現(xiàn)方案CCD性能參數(shù)KAF-3200像素個(gè)數(shù)2184（H）x1472（V）像素大小6.8um * 6.8um暗電流7pA/cm2最大讀出頻率15MHz輸出響應(yīng)12uV/e-飽和信號(hào)55000e-動(dòng)態(tài)范圍78dB類型前照式結(jié)構(gòu)全幀型總體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案電源實(shí)現(xiàn)方案實(shí)現(xiàn)方案時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)方案實(shí)現(xiàn)方案SymbolLevelMinimumNominalMaximumUnitsV1&V2Low-10.0-8.5-8.5VV1

3、&V2High02.03.0VH1&H2Low-3.5-3.0-2.0VH1&H2HighLow+107.0Low+10VRLow3.04.04.25VRHigh10.011.011.25V偏壓驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)方案實(shí)現(xiàn)方案SymbolMinimumNominalMaximumUnitsVRD11.012.012.25VVSS2.53.03.2VVDD14.515.015.25VVSUB000VVOG4.755.05.5VVGUARD9.010.012.0V CCD的偏壓對(duì)噪聲影響非常大，因此需要對(duì)濾波和PCB布板重點(diǎn)考慮。圖像獲取實(shí)現(xiàn)方案FPGA邏輯結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案相機(jī)實(shí)物最終成果前端板主板所拍圖片最

4、終成果5M CCD輸出波形最終成果增益和噪聲CCD相機(jī)增益可調(diào)，可通過(guò)選擇前放倍數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)高增益和低增益。在低增益情況下，讀出噪聲在10個(gè)電子左右，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。速率(Hz)500K1.109518.880.53319.291M1.089316.730.55710.10792.5M1.084916.040.587211.475M1.051517.18-最終成果制冷和暗電流在室溫25下，CCD工作溫度可以降低至-20，能有效抑制暗電流。經(jīng)過(guò)多次長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量，暗電流值在0.0147電子每秒。最終成果應(yīng)用目前該相機(jī)應(yīng)用于青海德令哈天文觀測(cè)臺(tái)進(jìn)行導(dǎo)星Cameracamera總結(jié)本款CCD相機(jī)很好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)

5、計(jì)指標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)了機(jī)械結(jié)構(gòu)的良好設(shè)計(jì)，自帶快門，自帶制冷系統(tǒng)，并且體積小，控制簡(jiǎn)單，易于操作。噪聲性能達(dá)到國(guó)外同等相機(jī)先進(jìn)水平，支持5Mpixel/s高速圖像讀出。 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間功能驗(yàn)證、性能測(cè)試、穩(wěn)定性測(cè)試，是一款基本成熟可以交付使用的相機(jī)產(chǎn)品。總結(jié)與展望總結(jié)與展望低噪聲電子學(xué)技術(shù)(Low noise electronics technology) 低溫電子學(xué)技術(shù)(Low temperature electronics technology) 高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)(High-speed data processing technology)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)(Structural design technology)光學(xué)技術(shù)(Optical technology)ASIC設(shè)計(jì)技術(shù)(ASIC design technology)研發(fā)中，已流片多門交叉技術(shù)，研究難度大，具