一种可编程的超低噪声多通道CCD模拟系统及方法

本发明涉及一种ccd(电荷耦合元件)模拟系统，具体涉及一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统及方法。

背景技术：

1、在天文探测、遥测遥感、航空航天等科学研究领域，高质量的图像起着举足轻重的作用，为了获取高品质图像，电荷耦合器件(charge coupled devices，ccd)充当起了至关重要的角色，尤其是需要高性能的天文观测领域，ccd具有灵敏度高、噪声低、动态范围大和量子效率高等优点。

2、在ccd相机正式装备使用之前，需要对其进行调试。而在调试过程中，需要频繁插拔ccd和测量ccd信号，容易造成ccd损坏。并且在一些大型天文观测领域中，往往需要数十个ccd相机组合形成观测系统，在对观测系统进行联调时，很难同时安装数十片ccd进行观测系统联调，从而造成观测系统联调较为困难。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有ccd相机在调试过程中，容易造成ccd损坏的技术问题，而提供一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统及方法。.

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统，其特殊之处在于：

4、包括上位机和ccd模拟器；

5、上位机用于设置配置参数信息、生成或载入ccd感光区模拟输出数据信息，并结合配置参数信息和ccd感光区模拟输出数据信息，生成ccd模拟输出配置参数信息；

6、ccd模拟器的两个连接端分别与上位机和外部的ccd相机连接，用于接收ccd模拟输出配置参数信息，采集外部的ccd相机输出的ccd驱动信号时序信息，模拟ccd引脚电容和电阻特性，并根据ccd模拟输出配置参数信息和ccd驱动信号时序信息，生成对应的ccd模拟输出信号，输出至外部的ccd相机。

7、进一步地，ccd模拟器包括处理模块，以及分别与处理模块连接的通讯模块、ccd驱动信号采集模块、ccd模拟输出生成模块，以及独立的偏置和驱动引脚电气特性模拟模块；

8、通讯模块与上位机连接，用于接收上位机输出的ccd模拟输出配置参数，并发送给处理模块；

9、ccd驱动信号采集模块与外部的ccd相机连接，用于采集外部ccd相机输出的ccd驱动信号时序信息；

10、处理模块用于分析ccd驱动信号时序信息，生成对应的ccd模拟输出信号的驱动逻辑信息，并结合ccd模拟输出信号的驱动逻辑信息和ccd模拟输出配置参数信息，生成对应的ccd模拟输出信号控制逻辑；

11、ccd模拟输出生成模块用于与外部的ccd相机连接，根据ccd模拟输出信号控制逻辑生成对应的ccd模拟输出信号，并输出至外部的ccd相机；

12、偏置和驱动引脚电气特性模拟模块用于模拟ccd引脚电容和电阻特性。

13、进一步地，ccd模拟器还包括分别与处理模块连接的数据缓存模块和固存模块；

14、数据缓存模块用于缓存处理模块发送的ccd模拟输出配置参数信息；

15、固存模块用于存储处理模块运行时的程序。

16、进一步地，处理模块还用于获取数据缓存模块、ccd驱动信号采集模块和ccd模拟输出生成模块的工作状态信息，并通过通讯模块输出至上位机。

17、进一步地，ccd模拟输出生成模块包括至少一个子模块；子模块包括三个电容c，以及三组依次连接的dac、运放模块、模拟开关s；

18、每组dac的输入端与分别处理模块连接，每组模拟开关s分别与外部的ccd相机连接；

19、每组电容c的一端与对应运放模块的输出端连接，另一端接地。

20、进一步地，ccd驱动信号采集模块包括至少一个adc，以及加法器或减法器；每采集一路驱动信号，就需要一组该电路；

21、adc的输入端与对应的一个加法器或减法器的输出端连接，输出端与处理模块连接；

22、加法器或减法器的输入端与外部的ccd相机连接。

23、进一步地，ccd驱动信号采集模块包括至少一个adc、电阻r1和电阻r2；

24、adc的输入端与对应的一个电阻r1一端连接，输出端与处理模块连接；

25、电阻r1另一端与外部的ccd相机连接，电阻r2一端与对应的一个电阻r1一端连接，另一端接地。

26、进一步地，配置参数信息包括参考ccd模拟输出电平信息、满井电压信息、感光灵敏度信息、最小曝光时间信息、prescan行列数信息，overscan行列数信息，噪声水平信息、驱动信号阈值电平信息、模拟输出帧数信息等；

27、ccd感光区模拟输出数据信息包括有效像元数据信息和图像帧数信息。

28、进一步地，ccd模拟器的一个通讯端通过通讯总线与上位机连接。

29、同时，本发明还提供了一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟方法，基于前述的一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：

30、步骤1、将ccd模拟器分别与上位机和外部的ccd相机连接；

31、步骤2、上位机加电，通过上位机设置配置参数信息、生成或载入ccd感光区模拟输出数据信息，并结合配置参数信息和ccd感光区模拟输出数据信息，生成ccd模拟输出配置参数信息；

32、步骤3、ccd模拟器和外部的ccd相机加电，通过上位机将ccd模拟输出配置参数信息输出至ccd模拟器；

33、步骤4、外部的ccd相机开始工作，通过ccd模拟器采集外部ccd相机输出的ccd驱动信号时序信息；

34、步骤5、通过ccd模拟器结合ccd模拟输出配置参数信息和ccd驱动信号时序信息，生成对应的ccd模拟输出信号，并输出至外部的ccd相机进行成像，完成ccd模拟。

35、本发明的有益效果是：

36、1、本发明通过上位机设置配置参数信息，并结合载入或生成的ccd感光区模拟输出数据信息，获得ccd模拟输出配置参数信息；再通过向ccd模拟器输出ccd模拟输出配置参数信息，结合采集到的ccd驱动信号时序信息，从而有效模拟暗场、平场、星点以及复杂成像的ccd模拟输出信号，无需实际安装ccd，通过ccd模拟即可实现对ccd相机的调试,提高ccd相机的调试效率。

37、2、本发明具有低噪声特性，ccd模拟输出生成模块采用低噪声运放和dac,运放后端带有与ccd模拟输出速率相匹配的限带电容，可以有效降低ccd模拟器自身噪声对ccd相机电路噪声测试的影响，可以有效评估相机自身电路的噪声水平。

38、3、本发明可以同时模拟多个ccd通道，满足多通道ccd的测试需要，且通道数量具有可扩展性。

39、4、本发明的ccd模拟系统可以有效模拟ccd引脚的电气特性，可以用于评估ccd相机功耗，以及相机电路中ccd偏置及驱动电路的带载特性。

技术特征：

1.一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统，其特征在于：

5.根据权利要求2-4任一所述的一种可编的程超低噪声多通道ccd模拟系统，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统，其特征在于：

7.根据权利要求5所述的一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统，其特征在于：

8.根据权利要求5所述的一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统，其特征在于：

10.一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟方法，基于权利要求1-9任一所述的一种可编程的超低噪声多通道ccd模拟系统，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种CCD模拟系统，具体涉及一种可编程的超低噪声多通道CCD模拟系统及方法。该系统包括上位机和CCD模拟器；上位机用于设置配置参数信息、生成或载入CCD感光区模拟输出数据信息，并结合配置参数信息和CCD感光区模拟输出数据信息，生成CCD模拟输出配置参数信息；CCD模拟器的两个连接端分别与上位机和外部的CCD相机连接，用于接收CCD模拟输出配置参数信息，采集外部的CCD相机输出的CCD驱动信号时序信息，并根据CCD模拟输出配置参数信息和CCD驱动信号时序信息，生成对应的CCD模拟输出信号，输出至外部的CCD相机，同时模拟CCD引脚电容和电阻特性。本发明通过CCD模拟即可实现对CCD相机的调试,无需实际安装CCD，提高CCD相机的调试效率。

技术研发人员：孙忠涵,申超,淡丽军,李宝鹏,李伟,王锋涛,高伟
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11