高速面陣CCD KAI-01050功率驅(qū)動電路的設(shè)計方案(一)

　　2.1 電壓偏置模塊

　　功率驅(qū)動電路所需電壓如表1所示，根據(jù)電壓需求設(shè)計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)位時鐘的頻率需要工作在40 MHz.每個驅(qū)動信號功率需求如式（1）所示：

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

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

　　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)動器需要提供的瞬態(tài)電流。

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

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

　　2.3 垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動電路

　　垂直轉(zhuǎn)移信號分為兩種：

　　（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;

　?。?）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