[發(fā)明專利]一種高壓方波增益驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度控制裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410116648.5
• 申請(qǐng)日: 2014-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103856051A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王明富;周向東;何凱;楊世洪;馬文禮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H02M3/156
• 分類號(hào): H02M3/156;H02M1/14;H02H7/10
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微光成像領(lǐng)域，涉及一種輸出電壓可控制的高壓電源裝置，主要應(yīng)用于微光成像領(lǐng)域的電子倍增電荷耦合器件所特有的高壓電子增益方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度控制。

背景技術(shù)

電子倍增電荷耦合器件(Electron?Multiplying?Charge?Couple?Device，EMCCD)是近十年來(lái)在電荷耦合器件圖像傳感器領(lǐng)域出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，其在硅片上單獨(dú)集成了數(shù)百級(jí)電子倍增寄存器，利用相鄰兩個(gè)柵極所形成的高壓電場(chǎng)可在電子域?qū)⑿盘?hào)電子放大1000倍以上，獲得非常高的靈敏度，特別適合于微光成像。相比于傳統(tǒng)帶像增強(qiáng)器的電荷耦合器件，其結(jié)構(gòu)和體積大大簡(jiǎn)化，在某些重量和體積敏感的應(yīng)用場(chǎng)合具有較大優(yōu)勢(shì)。但電子倍增電荷耦合器件需要一種特有的低電壓為4.0V高電壓在20V～49V范圍內(nèi)可調(diào)的正弦波或方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)產(chǎn)生電子增益。電子倍增電荷耦合器件的電子增益倍數(shù)與增益電壓幅度及電荷耦合器件工作溫度的關(guān)系可用圖2來(lái)表示，當(dāng)增益電壓幅度低于20V電壓時(shí)，基本不產(chǎn)生電子增益；隨著電壓幅度升高，電子增益倍數(shù)迅速增大，在電荷耦合器件工作在零下45℃以下且增益電壓大于46V時(shí)電子增益倍數(shù)可達(dá)到1000倍以上。因此，根據(jù)具體使用環(huán)境來(lái)設(shè)定電子倍增電荷耦合器件的電子增益倍數(shù)就顯得特別重要，歸根結(jié)底就是要根據(jù)需要控制高壓增益驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度。

電子倍增電荷耦合器件高壓增益驅(qū)動(dòng)信號(hào)可采用方波或正弦波驅(qū)動(dòng)，但由于方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)更容易實(shí)現(xiàn)且對(duì)相位要求相對(duì)寬松，目前絕大部分電子倍增電荷耦合器件相機(jī)都是采用高壓方波信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電子倍增寄存器產(chǎn)生增益電子。對(duì)于高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置來(lái)說(shuō)，目前采用的信號(hào)幅度調(diào)節(jié)方法主要是通過(guò)一個(gè)DC-DC電壓模塊將系統(tǒng)電壓升壓到50V以上，再級(jí)聯(lián)一級(jí)高壓線性穩(wěn)壓器LDO，通過(guò)高壓數(shù)字電位器作為高壓線性穩(wěn)壓器LDO的電壓調(diào)節(jié)端電阻，再采用單片機(jī)來(lái)設(shè)置高壓線性穩(wěn)壓器LDO的電壓調(diào)節(jié)端電阻阻值大小從而達(dá)到控制高壓電源輸出電壓大小的目的。這種方法會(huì)使高壓線性穩(wěn)壓器LDO輸入與輸出之間產(chǎn)生較大電壓差，最大將會(huì)達(dá)到30V左右，會(huì)在高壓線性穩(wěn)壓器LDO上產(chǎn)生大量熱量，對(duì)系統(tǒng)可靠性及散熱設(shè)計(jì)帶來(lái)較大麻煩，并且電能利用效率不高。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

為解決電子倍增電荷耦合器件現(xiàn)有高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度控制方法電能利用效率不高、產(chǎn)生較大熱量而導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性大大降低的問(wèn)題，發(fā)明了一種可顯著提高電能利用效率的一種高壓方波增益驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度控制裝置，提高了系統(tǒng)的可靠性。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供一種高壓方波增益驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度控制裝置，其特征在于：主要包括通用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、高壓放大器、高壓線性電源、直流偏置電路、監(jiān)控電路、濾波電路，其中：?jiǎn)纹瑱C(jī)連接通用計(jì)算機(jī)，單片機(jī)接收通用計(jì)算機(jī)發(fā)送控制單片機(jī)內(nèi)部程序運(yùn)行的控制命令；單片機(jī)連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)接收并將通用計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓設(shè)置值直接寫(xiě)入數(shù)模轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的轉(zhuǎn)換寄存器，用于控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器將輸出電壓設(shè)置值轉(zhuǎn)換為原始模擬電壓信號(hào)；單片機(jī)連接監(jiān)控電路，單片機(jī)讀取監(jiān)控電路生成的以數(shù)字量表示的取樣信號(hào)值，依據(jù)取樣信號(hào)值生成輸出高壓線性電源的使能控制信號(hào)，并將該數(shù)字量反饋回通用計(jì)算機(jī)；高壓線性電源連接到單片機(jī)，接收單片機(jī)發(fā)送的使能控制信號(hào)，生成并高壓放大器提供高壓直流電壓；直流偏置電路，用于提為高壓放大器提供直流偏置電壓；高壓放大器分別連接直流偏置電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和高壓線性電源，接收由高壓線性電源提供的高壓直流電壓、直流偏置電路提供的直流偏置電壓信號(hào)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成的原始模擬電壓信號(hào)，并將原始模擬電壓信號(hào)、直流偏置電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)線性放大，產(chǎn)生一個(gè)幅度可控的高壓直流電壓信號(hào)；監(jiān)控電路的輸入端連接濾波電路輸出端，用于對(duì)濾波電路輸出的高壓直流電壓信號(hào)實(shí)時(shí)取樣并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，生成并輸出以數(shù)字量表示的取樣信號(hào)值；濾波電路的輸入端連接到高壓放大器的輸出端，接收并對(duì)高壓直流電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，輸出濾波后的高壓直流電壓信號(hào)作為方波發(fā)生電路的供電電源。

(三)有益效果：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有電子倍增電荷耦合器件高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度控制裝置電能利用效率不高、產(chǎn)生較大熱量導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低的問(wèn)題，該裝置相比原有幅度控制方法電能利用效率提高了50％以上，并可省去體積龐大的散熱器，節(jié)省相機(jī)內(nèi)部空間，同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性，并可通過(guò)上位通用計(jì)算機(jī)軟件直接在20V～50V范圍內(nèi)控制輸出電壓，控制方法簡(jiǎn)單易操作，非常適合于電子倍增電荷耦合器件的高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓幅度控制。

附圖說(shuō)明