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用于天文观测CCD相机系统研究.PDF

发布:2018-09-14约1.34万字共4页下载文档
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电子发烧友 电子技术论坛 应用天地 APPLICATIONNOTES 用于天文观测的 相机系统研究 CCD ■ 紫金山天文台 吴建文姚永强 详细介绍紫金山天文台红外实验室开发的CCD相机系统的软硬件设计。根据柯达CCD芯片 KAF-0401LE的时序要求,用复杂可编程逻辑器件(CPLD)实现了CCD的时序;采用相关双采 摘 要 样技术降低探测信号噪声;用89C51作下位机控制,通过RS232与上位计算机通信;系统 控制软件采用Visual C++编写。 关键词 CCD CPLD 相关双采样 串口通信控制系统 引 言 (628128 )的RAM 作为1帧图像暂存空间,通过RS232 与计算机串口通信,接受计算机的控制。整个系统 CCD 通常分为3 个等级:商业级、工程级和科 由图1 所示几个功能部件组成。 学级。3 个级别的要求一级比一级高。衡量CCD 的 性能主要从以下几个方面:量子效率和响应度、噪 PC机 声等效功率和探测度,即动态范围和电荷转移效率 等。科学级CCD 以其高光子转换效率、宽频谱响 单片机控制及 应、良好线性度和宽动态范围广泛用于天文观测, 暂存电路 已成为望远镜观测必不可少的后端设备。国内各天 文台望远镜终端都是从外国引进的成套设备,使用 时序信号 A/D变换 和维护很不方便,并且价格昂贵,因此国内迫切需 发生电路 要发展自己的CCD技术。紫金山天文台红外实验室 电压偏置与功 CCD模块 相关双采样及 对这一课题进行了深入研究,广泛调研,认真选 率驱动电路 前置放大 模拟放大电路 取,从芯片开始一直到系统的软硬件设计,搭建了 自己的CCD 相机系统。 图1 相机系统功能方框图 1系统设计 1.1时序信号发生电路 CCD 芯片决定相机系统的性能,为此我们广泛 KAF-0401LE 芯片的时序要求:积分期间ΦV1、 调研,最后选定柯达公司的KAF-0401LE 芯片。它 ΦV2 保持低电平;行转移期间ΦH 1保持高电平, 动态范围大 (70 dB ),电荷转移效率高(0 .999 99) , ΦH2 保持低电平。每行开始ΦV1 的第2 个脉冲下 波长响应范围宽 (0.4 μm~ 1.0 μm ),低暗电流(在 降沿后,要有1 个行转移建立时间t ΦHs ,读完行 2 25℃条件下,7pA/cm ),量子效率为35 % ,并且具 后需延迟 1个像素时间t 才开始下一行ΦV1脉冲; e 有抗饱和性,能够满足科学观测的要求,既可用于 同样,ΦV1 第2 分脉冲下降沿后,开始下一行转 光谱分析,又可用于成像观测。 移,如此直到读完 1 帧。 系统设计的重点是解决CCD 芯片的驱动和系
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