[發明專利]一種TDI CCD輸出信號預處理器

有效

• 申請號: 201310193919.2
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN103259980A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 劉有軍;崔少飛;于苒;梁洪;陸建榮
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04N5/372
• 分類號: H04N5/372
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于信號處理領域，涉及一種信號預處理器，特別是一種TDI?CCD（Time?Delay?Integration?Charge?Coupled?Devices，時間延遲積分型電荷耦合器件）輸出信號預處理器。?

背景技術

TDI?CCD是一種新型的線陣光電傳感器，它通過時間延遲積分的方法對同一目標多次曝光，增加對目標的光子能量收集。與CMOS（Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor，互補金屬氧化物半導體）圖像傳感器相比，TDI?CCD具有可以不犧牲空間分辨率和工作速度的情況下獲得高靈敏度，在低照度時通過時間延遲積分獲得高質量的圖像信息的優點，而且TDI?CCD具有色彩飽和度好，圖像更銳利和質感更真實等優點，特別是在低照度環境下可獲得高質量的圖像信息，信噪比高。因此，TDI?CCD被廣泛用于航天、醫學、化工以及軍事等諸多領域。?

2000年，劉國媛等在《光子學》期刊上發表的“CDS（Correlated?Double?Sampling，相關雙采樣）器件在TDI-CCD視頻信號處理中的應用”中，對輸出視頻信號的特性進行了分析，提出了對于各種噪音的處理方法，詳細介紹了應用CDS技術處理kTC復位噪聲的方法。但現有處理電路只是實現了部分單一的去噪功能，而且現有TDI?CCD類型多樣，輸出信號頻率不盡相同，對于處理要求也不一而足，對后續處理電路與前級電路的匹配性能要求較高。另外，信號處理過后的有效視圖信號應用也不盡相同，例如，有效信號進行模數轉換上位機圖片顯示的方法也各有不同，無法做到有效的連接和匹配。這些都使TDI?CCD信號處理電路很難實現集成化。?

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種具有操作簡單、電路集成度高、應用范圍廣、對前級輸出電路具有良好的匹配性等優點的TDI?CCD輸出信號預處理器。?

一種TDI?CCD輸出信號預處理器，實現了多種信號處理功能的集成化，與傳統處理器相比，既實現了信號的去噪功能，又添加了光耦隔離功能，使整體電路的匹配性能大大提高，消除了與前一級輸出電路的電氣干擾。該TDI?CCD輸出信號預處理器包括：信號低通濾波電路，光耦隔離放大，復位噪聲濾波，電位調節放大，二極管雙向限幅，時序發生電路和直流供電電路。其連接關系為：信號低通濾波電路對TDI?CCD輸出信號進行低通濾波和放大處理后，輸入到光耦隔離放大電路，輸出與上一級電氣隔離的信號，并輸入到復位?噪聲濾波電路，復位噪聲濾波電路對該信號進行相關雙采樣處理，得到濾除復位噪聲的信號，并送至電位調節放大電路，進行信號電位的調節和放大，然后輸入給雙向限幅電路進行信號電平的上下限幅。時序發生電路輸出復位電平采樣脈沖SHP（Sampling?Holding?Pulse）和信號電平采樣脈沖SHD（Sampling?Holding?Decline）至相關雙采樣電路；直流供電電路分別與信號低通濾波電路、光耦隔離放大電路、復位噪聲濾除電路、電位調節放大及雙向限幅電路和時序發生電路相連，為它們提供所需的直流電壓。?

信號低通濾波電路是一級由運算放大器組成的低通濾波放大電路，用于對TDI?CCD輸出信號進行預放大并濾除信號中的高頻噪聲。信號低通濾波電路主要由運算放大器AD817、輸入電阻R2、反饋電阻R3和濾波電容C5組成。反饋電阻R3和濾波電容C5并聯后跨接在運放輸出端和同相輸入端之間，共同影響濾器的截止頻率。?

光耦隔離放大電路用于對信號進行隔離放大，輸出與上一級電氣隔離的信號。主要由兩個光耦芯片TLP521和兩個運放芯片AD848組成。輸入級AD848存在兩種反饋，一種是通過電容C2-1形成并聯負反饋；另一種是通過R2-1、兩片TLP521和R2-3到第一個AD848的同相輸入端形成的串聯負反饋。采用光耦合器使電路具有良好的電氣絕緣、信號隔離和抗干擾能力，解決了不同TDI?CCD與處理電路的阻抗匹配問題。同時，由于光耦合器的輸入阻抗低，因而具有很強的共模抑制能力。當光電耦合器件直接用來傳輸模擬信號會導致信號失真，為此，本發明采用負反饋技術，將光電耦合器件串入反饋環路，使光耦器件的非線性失真得到明顯抑制。本發明采用的兩個光耦器件的性能完全相同，調節電位器R2-4，使R2-3=R2-4+R2-5，可使其光敏三極管的外圍電路完全對稱，使電路線性度達到0.1%，滿足CCD信號傳輸的要求。?