凝聚态物理与材料+小型科学级CCD相机的设课件.pptx

1、小型科学级CCD相机的设计目录 背景介绍 功能需求 实现方案 最终成果 总结与展望背景介绍CCD(Charge-coupled Device)优势：噪声低，量子效率高，暗电流低应用：生物化学弱光显微成像Biology and chemical weak light microscopy imaging粒子物理实验Particle physics experiments量子点成像Quantum dot imaging天文光学波段成像Astronomical optical band imaging天文观测Astro observation背景介绍相机用途：导星行星追踪德令哈1.2米天文台望远镜望

2、远镜光学系统设计背景介绍CCD相机设计需求 读出速率不低于1M pixel/s CCD芯片工作温度低于环境温度40 相机尺寸小于170mm*130mm*80mm 读出噪声低于15e-rms功能需求 实现方案CCD性能参数KAF-3200像素个数2184（H）x1472（V）像素大小6.8um*6.8um暗电流7pA/cm2最大读出频率15MHz输出响应12uV/e-饱和信号55000e-动态范围78dB类型前照式结构全帧型总体结构实现方案电源实现方案实现方案时钟驱动电路实现方案实现方案SymbolLevelMinimumNominalMaximumUnitsV1&V2Low-10.0-8.5-

3、8.5VV1&V2High02.03.0VH1&H2Low-3.5-3.0-2.0VH1&H2HighLow+107.0Low+10VRLow3.04.04.25VRHigh10.011.011.25V偏压驱动电路实现方案实现方案SymbolMinimumNominalMaximumUnitsVRD11.012.012.25VVSS2.53.03.2VVDD14.515.015.25VVSUB000VVOG4.755.05.5VVGUARD9.010.012.0V CCD的偏压对噪声影响非常大，因此需要对滤波和PCB布板重点考虑。图像获取实现方案FPGA逻辑结构实现方案相机实物最终成果前端板主

4、板所拍图片最终成果5M CCD输出波形最终成果增益和噪声CCD相机增益可调，可通过选择前放倍数来调节高增益和低增益。在低增益情况下，读出噪声在10个电子左右，满足设计指标。速率速率(Hz)500K1.109518.880.53319.291M1.089316.730.55710.10792.5M1.084916.040.587211.475M1.051517.18-最终成果制冷和暗电流在室温25下，CCD工作温度可以降低至-20，能有效抑制暗电流。经过多次长时间测量，暗电流值在0.0147电子每秒。y=0.0147x+1.5826R2=0.999101020304050600500100015

5、0020002500300035004000积累电荷(e-)时间(s)暗电流测试最终成果应用目前该相机应用于青海德令哈天文观测台进行导星Cameracamera总结本款CCD相机很好的实现了设计指标，并实现了机械结构的良好设计，自带快门，自带制冷系统，并且体积小，控制简单，易于操作。噪声性能达到国外同等相机先进水平，支持5Mpixel/s高速图像读出。经过长时间功能验证、性能测试、稳定性测试，是一款基本成熟可以交付使用的相机产品。总结与展望总结与展望低噪声电子学技术低噪声电子学技术(Low noise electronics technology)低温电子学技术低温电子学技术(Low temp

6、erature electronics technology)高速数据处理技术高速数据处理技术(High-speed data processing technology)结构设计技术结构设计技术(Structural design technology)光学技术光学技术(Optical technology)ASIC设计技术设计技术(ASIC design technology)研发中，已流片研发中，已流片多门交叉技术，研究难度大多门交叉技术，研究难度大，具有较强创新价值，具有较强创新价值Multiple cross technology,Rather difficult research,Strong innovation value