基于FPGA的CCD低噪声成像电路技术研究

发布时间：2020-03-29 07:27

【摘要】：在对宇宙的不断探索中,对太阳系外类地行星进行搜索发现,已经成为当今国际天文学研究的热点。获得太阳系外行星图像是确认它们存在的间接证据,作为更广泛的光谱研究的前奏,并且是朝着获得太阳系外行星表面的解析空间成像的远期未来目标迈出的第一步。所以,CCD作为太阳系外行星图像采集的重要载体,对它的研究与使用将具有重要的科学意义。本文基于项目指标要求和CCD成像的工作原理,设计了一种基于FPGA的全帧转移型科学级CCD(TH7888A)低噪声成像系统。研究工作主要包含CCD低噪声成像系统的硬件电路设计及其驱动时序的产生,具体研究内容如下:1)设计了一款基于FPGA的CCD低噪声读出电路设计。通过使用Proteus对成像系统的读出电路进行了设计及仿真测试。并计算得到低噪声读出电路的信噪比,验证了成像电路设计的合理性。2)设计了一个结构简单且性能稳定的科学级CCD低噪声成像电路。以E2V公司的科学级CCD(TH7888A)作为成像系统的核心器件设计的低噪声成像电路包括:CCD外围电路,AD外围电路,低噪声电源产生电路,Camera Link硬件接口电路等处理模块。通过各个模块的协调工作,搭建了信号处理的硬件环境。3)设计了一个基于FPGA的低噪声时序信号产生模块。CCD低噪声成像系统的时序产生模块主要包括:TH7888A的驱动时序,AD的寄存器配置时序及采样时序,FIFO存储器的配置等。根据各个模块之间的工作时序逻辑关系,进行相应的逻辑设计,最终得到所需的相互关联的低噪声逻辑时钟信号。4)对整个低噪声成像电路进行了实验验证。在实际环境中搭建了测试平台,对成像系统的硬件电路及低噪声逻辑时序都进行了详细测试。实验结果表明,各个功能模块电路都实现了设计要求,产生的低噪声逻辑时序也都符合实际需求,并最终实现图像数据的实时传输与显示。
【图文】：

波形图,输出信号,波形图,读出电路

像传感器的噪声特性，通过现有的降噪技术设计了一款C面阵CCD(TH7888A)的输出信号的性能进行了详细的分析差分双相关采样技术的低噪声读出电路[27][28]。由于TH7声小，符合课本章需求。除此之外，，它的输出信号是非常几百毫伏，因此处理难度非常大。可以说，成像系统成像决于相应的读出电路的性能。电路设计中，分析了 TH7888A 的工作原理和输出信号特波形如图 4 所示，从图 4 可以看出，CCD 输出信号的波的特征。所以，本设计将 CCD 图像传感器的输出信号作过去高直流电路，可调放大倍率放大电路，巴特沃斯低样电路等实现模拟信号数字化。从而使 CCD 输出信号从转换为标准数字电压信号，以便计算机可以对信号进行后声、高信噪比读出电路的设计流程图如图 5 所示。

流程图,直流电路

西北大学硕士专业学位论文图 5 低噪声、高信噪比读出电路的流程图电路中每个功能电路的设计进行详细的介绍。8A）的输出信号中会包含一个高的直流基准电传感器的复位电压和环境温度所决定的，而有伏。为了防止有效的数据信号淹没在高的直流电高直流电路设计。本电路采用低噪声运放 AD8算，以便去除叠加在信号中的复位电平。去高
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN70;P111

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