专利名称：一种基于自耦变压器的emccd驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种CXD的驱动技术，具体涉及一种频率可到达35MHz的EMCXD高速高压驱动信号的实现方法。
背景技术：
对较暗目标进行成像时，如果CCD的读出放大器噪声比较大，常常会掩盖有用信号，尤其是在读出速度较高的情况下，读出噪声会随着读出速度的提高而增大。随着CCD制作工艺的不断发展，EMCCD的问世使得微小的信号也能克服读出放大器的噪声，而且此类CCD在不需要任何附加结构的情况下，能够得到与ICCD差不多的图像质量；TI公司的EMCCD的基本结构与传统的帧转移CCD大致相同，但在读出寄存器和读出放大器之间加入了数百个增益寄存器，它的电极结构不同于转移寄存器，信号在这里得到了增益。在增益寄存器中，实现血崩倍增所需的高压电场是在增益寄存器中由相邻电极间大电位差形成的，通常一个电极上约-5 23V的高幅值信号而另一个电极保持低直流偏压，通过调节高幅值脉冲的高电平来改变两电极之间的电位差从而调控倍增因子；频率最高可达35MHz的高速高幅值驱动信号，现有的集成驱动器输出幅度小于28V ;采用分立的高速大功率MOSFET能满足要求，但在高速下功耗大且器件采购困难.采用变压器能满足较高的输出电压要求，但随着工作频率的加大变压器的交直流损耗急剧增大且分布参数对电路影响严重；采用运放受工作频率和输出电压幅度限制，易出现自激振荡且输出电流小输出功率低的问题。如何将模拟电子技术和计算机的数字化技术结合起来，为EMCCD的驱动供电提供新的技术手段是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
本发明为解决现有驱动电路中，由于工作频率的加大，导致普通变压器的交直流损耗增大且分布参数对电路影响严重，采用运放受工作频率和输出电压幅度限制，易出现自激振荡且输出电流小输出功率低的问题，提供一种基于自耦变压器的EMCCD驱动电路。一种基于自耦变压器的EMCXD驱动电路，该电路包括时序发生器、集成驱动电路、自耦变压器、隔直耦合电路、控制器、可调低压电源、隔直电路、滤波电路和钳位电路；所述控制器的输出端分别与时序发生器输入端和可调低压电源的输入端连接；时序发生器的输出端与集成驱动器的输入端连接，可调低压电源的输出端与集成驱动器的供电电源端连接；所述控制器实时控制时序发生器向集成驱动器输出高速时序信号，控制器控制可调低压电源向集成驱动器供电；集成驱动器的输出端同时与自耦变压器的初级线圈的一端和次级线圈的一端连接；自耦变压器的初级线圈的另一端与隔直电路连接；自耦变压器的次级线圈的另一端同时与隔直耦合电路的输入端和滤波电路的输入端连接；所述隔直耦合电路的输出端与钳位电路的输入端连接，钳位电路的输出端与EMCCD连接。本发明的有益效果:
一、本发明所述的高速高压驱动信号不通过传统的驱动电路获得，而主要利用自耦变压器谐振电路来获得，大大降低了对驱动器件的要求，同时也大大降低了该电路的功耗；二、本发明采用多个钳位二极管串联组成的钳位电路来保证高压输出信号的低电平值满足应用要求；可对输出信号的幅度数字控制，从而控制输出信号的最高电平值；三、本发明所述的驱动电路相对于普通变压器电路，在相同的变压器体积下使用自耦变压器输出端能获得更多的功率，因此可以减小线圈匝数从而降低了电路的分布电容和直流损耗，在相同输出信号幅度的情况下要求变压器的功耗更低，能在频率更高的应用中使用。
图1为本发明所述的一种基于自耦变压器的EMCCD驱动电路中高速高压驱动电路结构图；图2为现有普通变压器的电路原理图；图3为现有自耦变压器的电路原理图；图4为本发明所述的一种基于自耦变压器的EMCCD驱动电路中自耦变压器的实际模型示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图1至图4说明本实施方式，一种基于自耦变压器的EMCXD驱动电路，该电路包括时序发生器、集成驱动电路、自耦变压器、隔直耦合电路、控制器、可调低压电源、隔直电路、滤波电路和钳位电路；控制器与时序发生器和可调低压电源相连，通过对时序发生器进行实时 控制，时序发生器输出电平固定相位可精细调整的高速时序信号，送入集成驱动器；可调低压电源与集成驱动器相连，为集成驱动器供电；可调低压电源受控制器控制，通过控制器输出的数字信号改变可调低压电源输出的电压即可改变集成驱动器输出信号的幅度；集成驱动器的输出端同时连接自耦变压器的初级线圈和次级线圈；自耦变压器初级线圈的另一端与隔直电路相连，主要目的是通交流阻直流，降低集成驱动器的功耗；自耦变压器次级线圈的另一端分别与滤波电路和隔直耦合电路相连，滤波电路的作用主要是滤除输入信号中的高频成分，隔直耦合电路的作用是进行EMCCD和次级线圈之间的直流通路隔离；钳位电路与隔直耦合电路的输出端相连，作用是把输出信号的低电平钳位到指定的电平值。结合图2说明本实施方式，对于普通的变压器，当初级和次级线圈的匝数比为l:n，则输出信号为V0=nVIN;n为线圈匝数；结合图3，假定自耦变压器线圈LI和L2的匝数比为l:n，则输出信号V0=(l+n)VIN ；所述自耦变压器与普通变压器相比:普通变压器只有磁能传递；自耦变压器不仅有磁能传递，还有电传导，在体积相同的情况下能传输更多的能量；在线圈匝数相同输入信号幅度的情况下，能输出幅度更大的信号。结合图4说明本实施方式，自耦变压器由于存在铜损和铁损及存在分布参数，(^和C2分别为初级线圈和次级线圈对地的分布电容；c3为初级线圈和次级线圈间的电容；c4为CXD驱动管脚的等效电容；-Μ、Ι^+Μ和L2+M分别为自耦变压器等效电路中包含的电感,RpR2和R3分别为自耦变压器电路中铜损和铁损等效的直流电阻。设工作角频率为ω，j为虚数单位，值为P ;则当输出为VO的情况下输入VIN的值为
权利要求
1.一种基于自耦变压器的EMCCD驱动电路，该电路包括时序发生器、集成驱动电路、自耦变压器、隔直耦合电路、控制器、可调低压电源、隔直电路、滤波电路和钳位电路；其特征是，所述控制器的输出端分别与时序发生器输入端和可调低压电源的输入端连接；时序发生器的输出端与集成驱动器的输入端连接，可调低压电源的输出端与集成驱动器的供电电源端连接；所述控制器实时控制时序发生器向集成驱动器输出高速时序信号，控制器控制可调低压电源向集成驱动器供电； 集成驱动器的输出端同时与自耦变压器的初级线圈的一端和次级线圈的一端连接；自耦变压器的初级线圈的另一端与隔直电路连接；自耦变压器的次级线圈的另一端同时与隔直耦合电路的输入端和滤波电路的输入端连接；所述隔直耦合电路的输出端与钳位电路的输入端连接，钳位电路的输出端与EMCCD连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于自耦变压器的EMCCD驱动电路，其特征在于，所述钳位电路中的钳位二极管的个数由公式一表示， r~f 17f~f IT 、Vio ιο Vio ο.其中f的单位为ΜΗζ，Vm为输出信号幅度，钳位电平Vq和输出低电平Vot的关系为:VQ=VL0ff+0.5m ；m为钳位 二极管的个数。
全文摘要
一种基于自耦变压器的EMCCD驱动电路，涉及一种CCD的驱动方法，特别是涉及一种频率可到达35MHz的EMCCD高速高压驱动信号实现方法，主要是解决现有的驱动方法难以实现的问题。高速高压驱动信号通过自耦变压器谐振电路来获得；采用多个钳位二极管串联组成的钳位电路来保证高压输出信号的低电平值满足应用要求；可对输出信号的幅度数字控制，从而控制输出信号的最高电平值；通过减小线圈匝数从而降低了电路的分布电容和损耗，在相同输出信号幅度的情况下要求输入的功率较低，能在频率更高的应用中使用。
文档编号H04N5/372GK103108141SQ20131003727
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者余达, 刘金国, 郭永飞, 司国良, 薛旭成, 李云飞, 李洪法 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所