高速面陣CCD KAI-01050功率驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案(一)

　　2.1 電壓偏置模塊

　　功率驅(qū)動(dòng)電路所需電壓如表1所示，根據(jù)電壓需求設(shè)計(jì)的電壓偏置電路原理框圖如圖2所示。

　　系統(tǒng)采用+12 V電源供電，電壓偏置電路首先使用開關(guān)電源芯片（DC/DC）進(jìn)行一級(jí)電壓轉(zhuǎn)換。又由于DC/DC輸出電壓的紋波和開關(guān)噪聲較大，不能直接給電路供電，所以使用LDO芯片進(jìn)行二次電壓變換，最終獲得穩(wěn)定、低噪聲的電壓。

　　2.2 水平轉(zhuǎn)移和復(fù)位驅(qū)動(dòng)電路

　　由以上可知，欲使CCD工作在最高幀頻120 f/s，水平轉(zhuǎn)移和復(fù)位時(shí)鐘的頻率需要工作在40 MHz.每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)功率需求如式（1）所示：

　　式中：C 為CCD時(shí)鐘管腳的等效電容；V 為信號(hào)的擺幅；f 為工作頻率。由式（1）可知，頻率越高，需要的功率越大。

　　時(shí)鐘信號(hào)不僅對(duì)高低電平電壓有要求，上升沿和下降沿時(shí)間也必須要在指定的范圍內(nèi)。要得到指定的上升時(shí)間，就必須提供相應(yīng)大小的驅(qū)動(dòng)電流。對(duì)CCD 功率驅(qū)動(dòng)電路的要求是在較大電壓擺幅情況下在快速的變化沿時(shí)能夠提供足夠大的瞬態(tài)驅(qū)動(dòng)電流。

　　由于CCD 為容性負(fù)載，由下面電容模型的公式可以算出驅(qū)動(dòng)器需要提供的瞬態(tài)電流。

　　上面的計(jì)算中定義上升或下降沿的時(shí)間對(duì)應(yīng)電平幅度的10%~90%.設(shè)邊沿變化為線性的，對(duì)于水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘，電壓幅度為4 V，負(fù)載電容取最大值90 pF，對(duì)于40 MHz 信號(hào)，上升或下降沿的最長(zhǎng)時(shí)間按5 ns 計(jì)算，那么在邊沿變化處會(huì)產(chǎn)生的電流為57.6 mA;對(duì)于復(fù)位時(shí)鐘，電壓幅度為5 V，負(fù)載電容取最大值16 pF，對(duì)于40 MHz復(fù)位信號(hào)，占空比取1∶4，上升或下降沿的時(shí)間按3 ns計(jì)算，那么在邊沿變化處會(huì)產(chǎn)生的電流為21.3 mA.

　　本文選用Intersil公司高速驅(qū)動(dòng)器ISL55110和二極管鉗位電路進(jìn)行復(fù)位和水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)電路。此驅(qū)動(dòng)器最高可提供3.5 A的驅(qū)動(dòng)電流，在100 pF的負(fù)載電容下，電壓擺幅為12 V時(shí)，上升時(shí)間僅為1.4 ns，下降時(shí)間僅為1.2 ns.完全滿足水平轉(zhuǎn)移和復(fù)位時(shí)鐘的功率驅(qū)動(dòng)要求。

　　2.3 垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路

　　垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)分為兩種：

　　（1）正常的兩電平階梯波形的V2T，V2B，V3T，V3B，V4T和V4B，高電平為GND，低電平為-9 V;

　　（2）三電平階梯波形的V1T 和V1B，高電平為12 V，中間電平為GND，低電平