[實用新型]應用于科學級CCD的可控增益濾波電路

無效

• 申請號: 200920105677.6
• 申請日: 2009-02-10
• 公開（公告）號: CN201369771Y
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 彭吉龍;朱光武;李保權;張鑫;韋飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: H04N5/30
• 分類號: H04N5/30;H03G3/20
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊小蓉

技術領域

本實用新型涉及相機的控制電路設計，尤其涉及一種應用于科學級CCD的可控增益濾波電路設計。

背景技術

在進行天文觀測時，有時需要根據不同觀測目標的輻射強度調節相機的增益，使得對不同輻射強度的目標都能充分利用相機的動態范圍，得到清晰的圖像，或者對同一觀測目標，通過調節相機的增益，觀測不同輻射強度區域的細節，增強局部圖像的對比度。同時，天文觀測相機都需要濾波電路來獲得低噪聲的圖像。目前應用的可控增益電路采用兩種方式實現，一是直接應用可編程增益放大器，另外一種方式是利用模擬開關和運算放大器加電阻網絡組合實現。這兩種方式都需要通過電阻網絡實現，前者增益控制復雜，需要編程處理，后者結構復雜，器件多，很難實現寬增益范圍內的精細調整，而且兩者都不能實現增益的連續可調，且電路本身都不具有濾波功能，在天文觀測相機中應用時需要另加濾波電路。

現有數碼相機都采用商用CCD和配套處理芯片，而一些科研用相機如天文觀測相機采用的是科學級CCD(電荷耦合器件：Charge?Coupled?Device)，需要根據所用CCD的結構和性能單獨設計驅動電路和處理電路，其中，驅動電路是指為CCD提供所需電平和時序的電路，驅動電路通過這些電平和時序驅動CCD像素內的信號依次輸出；處理電路是指處理CCD輸出信號的電路，一般包括前置放大器，濾波電路，放大電路和AD變換電路等。現有帶增益調節的天文觀測相機，其處理電路中都包括濾波電路和可控增益電路。其中，可控增益電路中，有一種是通過可編程增益放大器實現，此種放大器集成了電阻網絡和控制寄存器，通過控制寄存器改變電阻網絡的電阻值來改變增益，所以在應用時需要外部控制器通過串行或并行連接改變可編程增益放大器寄存器的值，實現增益的可控，這種類型的電路控制復雜，需另加控制芯片編程處理；另外還有通過模擬開關和運算放大器加電阻網絡實現，通過模擬開關選擇連接到運算放大器的電阻來改變放大器的增益，每個增益值對應一個電阻和一個模擬開關以及外加控制脈沖，所需器件多，結構復雜，很難實現寬增益范圍內的精細調整。并且由于電阻網絡的限制，兩種方式都不能實現增益的連續調整。上述兩種電路結構在各天文臺的天文觀測相機中得到了普遍應用。隨著天文觀測相機在空間應用的增加，由于衛星資源的限制，希望相機能夠以簡單可靠的方式實現增益調整，上述電路結構的缺點日益顯著。

實用新型內容

為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種應用于科學級CCD的可控增益濾波電路。通過深入研究科學級CCD的結構，根據CCD輸出信號的特點，通過同CCD驅動電路的時序配合，利用調整積分電路的積分時間的方式調整增益，能夠以簡單的控制實現增益的實時連續調整。本實用新型所述的電路結構同CCD的輸出時序相配合，在CCD輸出有效信號的特定時間對信號進行積分放大，同時達到濾波的目的。其可以直接應用在科學級CCD的處理電路中，根據相機CCD的結構和驅動電路，通過調整積分時間，實現對CCD輸出信號的連續實時調整，并能實現低通濾波功能。

為了實現上述目的，本實用新型的應用于科學級CCD的可控增益濾波電路，用在CCD的處理電路中，其特征在于，包括：一個運算放大器，兩個模擬開關S1、S2，一個電阻R以及一個電容C，

所述模擬開關S1接地并連接在CCD輸出信號端，在啟動前默認狀態設為斷開；

所述運算放大器的正相輸入端接地，反相輸入端通過電阻R連接CCD輸出信號端，所述運算放大器的反相輸入端和輸出端之間并聯連接模擬開關S2和電容C，形成所述運算放大器的負反饋電路，所述負反饋電路中的模擬開關S2在啟動前默認狀態設為閉合；

所述CCD輸出信號接到可控增益濾波電路的輸入端，隨著CCD驅動電路的啟動，CCD開始輸出像素信號，當信號是無光輸入時的基底信號時，接地的模擬開關S1閉合，將信號箝位到地電位；當信號變為對應光輸入信號的有效圖像信號時，接地的模擬開關S1斷開，所述CCD輸出信號經電阻R到運算放大器的反相輸入端，當所述CCD輸出信號在很短的時間內達到穩定后(此時間取決于CCD內部輸出結構中的電容電阻參數，目前的科學級CCD此時間在ns量級)，構成所述運算放大器負反饋的模擬開關S2斷開，所述運算放大器開始對有效像素信號積分，并輸出經過放大和濾波的信號，經過設定的積分時間，構成所述運算放大器負反饋的模擬開關S2閉合，積分結束，電路恢復到初始狀態，等待下一個像素的到來。