用于天文观测CCD相机系统研究.PDF
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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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