EMCCD用于X射线低能段信号采集系统的研制

发布时间：2017-09-23 08:26

  本文关键词：EMCCD用于X射线低能段信号采集系统的研制

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【摘要】：电子倍增型电荷耦合器件(EMCCD)是一种带高压倍增电极的微光CCD探测器件。与传统CCD相比,EMCCD具有更高的灵敏度和更低的噪声,已被越来越多地应用于微光信号的检测及采集领域。本文基于硬X射线调制望远镜的国家重大课题,对EMCCD用于低能X射线的信号采集系统进行了研制,得到了如下结果。 1.采用新型微光CCD探测器探测微弱信号,提高了探测的灵敏度。与传统的CCD探测器相比,EMCCD对空间X射线中的低能段部分有更好的能量分辨率,因此可以探测能量更低的X射线。 2.设计编写了EMCCD信号采集系统软件程序,该程序基于Xilinx的FPGA平台开发,使用VHDL硬件描述语言编写程序产生了符合要求的EMCCD-CCD60驱动时序,实现了对EMCCD的驱动控制。 3.设计制作了EMCCD信号采集系统的硬件电路,在对系统需求进行充分调研的基础上,完成了电路的仿真设计、元器件的选型和印刷电路板的制作。电路的主要特点是：(1)采用CY7C68013作为USB接口芯片,保证数据高效准确的传输。(2)用分立器件搭建了倍增极驱动电路,成功地将驱动电平转换至系统要求值。 4.通过对系统的软件仿真及下载测试,以及对系统的硬件分立模块测试。运用2.5GHz带宽示波器和MATLAB软件处理分析了相应的数据。结果表明,该信号采集系统的空间分辨率优于原来的系统,成像更清晰。
【关键词】：EMCCD FPGA 时序驱动 信号采集 数据传输
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH751;TN911.7
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 研究背景7-9
• 1.2 研究现状9-11
• 1.3 论文内容及架构11-13
• 第二章 EMCCD探测器13-26
• 2.1 CCD探测器结构及原理13-16
• 2.2 EMCCD探测器16-18
• 2.2.1 EMCCD基本原理16-18
• 2.2.2 EMCCD的工作过程18
• 2.3 EMCCD的主要特性参数18-20
• 2.4 EMCCD探测器噪声分析20-24
• 2.4.1 暗电流噪声20-21
• 2.4.2 时钟感生电荷21-22
• 2.4.3 光子散粒噪声22-23
• 2.4.4 噪声因子23
• 2.4.5 读出噪声23-24
• 2.5 CCD60型探测器24-26
• 第三章 EMCCD信号采集系统硬件设计26-39
• 3.1 系统总体方案及特点26-28
• 3.1.1 系统关键技术分析27
• 3.1.2 系统开发平台与开发工具27-28
• 3.2 FPGA模块28-29
• 3.3 模数转换模块29-32
• 3.4 驱动模块32-35
• 3.4.1 倍增极驱动模块设计32-34
• 3.4.2 常规驱动模块34-35
• 3.5 USB数据传输模块35-37
• 3.6 电源模块37-39
• 第四章 EMCCD信号采集系统软件设计39-48
• 4.1 CCD60时序逻辑产生模块39-43
• 4.2 数据打包模块43-44
• 4.3 FIFO存储器模块44-45
• 4.4 数字时钟管理模块45-46
• 4.5 USB数据传输模块46-48
• 第五章 EMCCD信号采集系统测试48-57
• 5.1 CCD60时序逻辑验证48-50
• 5.2 AD8138功能和ADC线性度验证50-51
• 5.3 R2HV高压测试51-52
• 5.4 USB数据传输模块验证52-55
• 5.5 常温成像实验55-57
• 第六章 总结与展望57-58
• 附录58-70
• 参考文献70-73
• 致谢73

【参考文献】

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本文编号：904222