CN103869864A - 一种高压方波驱动信号底部电平稳定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种高压方波驱动信号底部电平稳定装置，包括第一、第二输入滤波电容、第一、第二电阻、负极性线性稳压器、第一、第二输出滤波电容，负极性线性稳压器的电压输入端接地，负极性线性稳压器的电压输出端与电压调节端之间跨接第二电阻，用于为从负极性线性稳压器的电压输出端输入的电流提供一个电流回路；负极性线性稳压器的电压调节端接第一电阻的一端，第一电阻的另一端接正输入电压；第一、第二输入滤波电容组的一端与第一电阻的另一端连接，第一、第二输入滤波电容组的另一端接地，用于对输入电压滤波；以及第一、第二输出滤波电容组连接负极性线性稳压器的电压输出端，第一、第二输出滤波电容组的另一端接地，用于对输出电压滤波。
Description
技术领域
本发明属于微光成像领域，涉及一种电荷耦合元件的高压方波驱动信号底部电平稳定装置，主要应用于控制电荷耦合元件的高压增益方波驱动信号的底部电平维持稳定。
背景技术
电子倍增电荷耦合元件(Electron Multiplying Charge CoupleDevice，EMCCD)是近十年来在CCD图像传感器领域出现的一项新技术，其在硅片上单独集成了数百级电子倍增寄存器，利用相邻两个栅极所形成的高压电场可在信号电子被读出放大器转换为信号电压之前将信号电子放大1000倍以上，从而抑制由于读出放大器和电路噪声所引入的增益后噪声，获得非常高的灵敏度，特别适合于微光成像。相比于传统带像增强器的电荷耦合元件，其结构和体积大大简化，在某些重量和体积敏感的应用场合具有较大优势。
目前，大部分电荷耦合元件相机的电子增益寄存器驱动方法是采用高压方波的驱动方法，这主要是由于高压方波产生相对简单，相位要求相对宽松决定的。产生高压方波驱动信号的主要方法是通过一个前级驱动器来控制一对超高速扩散型半导体金属氧化物(DMOS)对管，使其在方波电平控制下不断地开、关，从而输出不断变化的高压方波信号。这种方法存在一个严重的问题，只有当底部电平为0V地或者负电压时，这两个高速扩散型半导体金属氧化物(DMOS)管才能顺利导通，产生0V-50V的高压方波信号；而当底部电压为电荷耦合元件正常工作所需要的+4.0V时，这两个扩散型半导体金属氧化物(DMOS)对管会由于50V正输出电源到4.0V正输出电源无法形成有效的电流通路而不能产生稳定的4.0V方波底部电平。
目前，针对这个问题的主要解决方法是分别采用45V电源和0V地电压对高速扩散型半导体金属氧化物(DMOS)对管的高低电平输出端供电，产生0V-45V的高压方波信号，再接一级二极管钳位电路，将前级输出的0V-45V高压方波信号底部钳位到一个4.0V电源电压上，从而产后电荷耦合元件正常工作所需要的4.0V～49V的高压方波信号。但这个方法也存在一些严重的问题：首先，经过二极管钳位电路以后的驱动信号，驱动能力减弱，在进入电荷耦合元件后信号质量大幅下降，导致电子增益倍数减小，电子增益噪声增大，这种缺陷在电荷耦合元件像素时钟较高时表现的更加突出；其次，在后续增加二极管钳位电路，增加了电路的复杂性，增大了印制电路板(PCB)面积，不利于结构小型化。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有电荷耦合元件的高压增益方波驱动电路底部电平稳定装置会导致驱动信号驱动能力减弱，增加电路复杂性的问题，发明了一种结构简单、驱动能力强的电荷耦合元件高压方波驱动信号底部电压稳定装置。
(二)技术方案
本发明一种高压方波驱动信号底部电平稳定装置，主要包括第一输入滤波电容、第二输入滤波电容、第一电阻、第二电阻、负极性线性稳压器、第一输出滤波电容和第二输出滤波电容，其中：负极性线性稳压器的电压输入端接地，负极性线性稳压器的电压输出端与电压调节端之间跨接第二电阻，用于为从负极性线性稳压器的电压输出端输入的电流提供一个电流回路；负极性线性稳压器的电压调节端接第一电阻的一端，第一电阻的另一端接正输入电压；第一输入滤波电容组和第二输入滤波电容组的一端与第一电阻的另一端连接，第一输入滤波电容组和第二输入滤波电容组的另一端接地，用于对输入电压进行滤波；第一输出滤波电容组和第二输出滤波电容组连接负极性线性稳压器的电压输出端，第一输出滤波电容组和第二输出滤波电容组的另一端接地，用于对输出电压进行滤波。
(三)有益效果
本发明采用负极性线性稳压器LDO作为主要元件，从其电压调节端引入输入电源电压，利用两个电压调节电阻调节输出电压大小，并将负极性线性稳压器LDO的电压输入端接地，提供从输出端到输入端的电流通路，同时分别采用输入级和输出级滤波电容组降低电源电压噪声。本发明旨在解决现有高压方波驱动信号发生装置底部电平稳定方法复杂、削弱高压驱动信号驱动能力的问题，适合应用在产生电荷耦合元件的高压方波驱动信号时将信号电平底部稳定在所需要的+4.0V电位上。本发明省去了原电荷耦合元件的高压方波信号发生装置后的底部钳位电路结构，并采用本发明装置去替换原有高压方波信号发生装置的底部电平供电装置，大大简化了原有方波驱动信号的底部电平稳定装置，并使高压方波驱动信号的驱动能力免受损失，得到较好的电子增益效果，降低了电荷耦合元件的电子增益过程产生的噪声。
附图说明
图1一种电子倍增电荷耦合器件高压方波驱动信号底部电平稳定装置原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
为保证电子倍增电荷耦合器件的高压方波信号的顺利产生，必须为高速扩散型金属氧化物半导体(DMOS)对管提供一个从顶部+45V电源到底部+4.0V电源的电流通路，而通常的电源装置在提供正电压输出时，只能提供电流，而不能吸收电流，无法提供这个电流通路。因此要使高压方波信号发生装置正常工作必须为其提供一个特殊的电源装置：可输出正极性电源电压，同时能吸收电流。
负极性线性稳压器LDO通常是用来对负极性电源电压进行稳压的，它可吸收从电压输出端流入的电流并从电压输入端流出，同时电压输出端的电压要高于电压输入端的电压。利用它的这种特性，可将负极性线性稳压器LDO作为本发明装置的主要元件，从其电压调节端输入电压，并通过两个调节电阻来调节输出电压大小，达到提供正极性电源电压，吸收电流的目的。
本发明是针对电荷耦合器件(CCD)的实施例，所述电荷耦合器件为面阵电荷耦合器件，本领域技术人员通过本发明下面的实施例，能实现涉及驱动任一面阵电荷耦合器件的高压方波驱动信号底部电平稳定装置，下面仅以驱动CCD相机中电子倍增电荷耦合器件的高压方波驱动信号底部电平稳定装置为例介绍实施例：
如图1示出电子倍增电荷耦合器件的高压方波驱动信号底部电平稳定装置，将一个负极性线性稳压器LDO的电压输入端直接端接到地，使电压输入端的电压小于电压输出端的电压，满足负极性线性稳压器LDO使用条件。
图1示出主要包括第一输入滤波电容C1、第二输入滤波电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、负极性线性稳压器LDO、第一输出滤波电容C3和第二输出滤波电容C4，其中：负极性线性稳压器LDO的电压输入端Vin接地，负极性线性稳压器LDO的电压输出端Vout与电压调节端Adj之间跨接第二电阻R2，用于为从负极性线性稳压器的电压输出端Vout输入的电流提供一个电流回路；负极性线性稳压器LDO的电压调节端Adj接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接正输入电压V1；第一输入滤波电容组C1和第二输入滤波电容组C2一端分别与第一电阻R1的另一端连接，第一输入滤波电容组C1和第二输入滤波电容组C2的另一端接地，用于对输入电压V1进行滤波；以及第一输出滤波电容组C3和第二输出滤波电容组C4连接负极性线性稳压器LDO的电压输出端Vout，第一输出滤波电容组C3和第二输出滤波电容组C4的另一端接地，用于对输出电压V2进行滤波。
所述负极性线性稳压器将由第一电阻R1引入的正极性电源电压V1经过第一电阻R1和第二电阻R2调节后的正输出电压作为高压方波驱动信号发生装置的底部+4.0V供电装置。利用负极性线性稳压器LDO的电压输出端Vout与电阻调节端Adj为恒定1.25V电压差，调节第一电阻R1与第二电阻R2的比值大小来调节输出电压值，将从第一电阻R1端输入的正电压转换为正输出电压。
基于负极性线性稳压器本身的特性，输出端Vout与电压调节端Adj之间将会形成一个稳定的电压差1.25V，且电压调节端Adj的电压比电压输出端的电压Vout高，如此形成如下的电压关系：
由此可见，输出电压V2由输入电压V1和第一电阻R1、第二电阻R2的比值决定，可调节第一电阻R1与第二电阻R2的比值大小来控制输出电压大小到满足电子倍增电荷耦合器件应用要求的+4.0V。
为降低电源噪声，在本发明装置的输入级和输出级分别并联两个大小不同的滤波电容，滤除电源上的高频噪声，并为整个装置存储电能。
整个装置工作时，该装置的输出级为高压方波驱动信号发生装置提供一个+4.0V的正极性工作电压，并可吸收从高压方波驱动信号发生装置的+50V高压电源到+4.0V底部电源的扩散型金属氧化物半导体(DMOS)对管导通电流，为该扩散型金属氧化物半导体(DMOS)对管的导通提供一条电流流动路径，可大大优化系统的频率特性。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。
Claims (3)
1.一种高压方波驱动信号底部电平稳定装置，其特征在于：主要包括第一输入滤波电容、第二输入滤波电容、第一电阻、第二电阻、负极性线性稳压器、第一输出滤波电容和第二输出滤波电容，其中：
负极性线性稳压器的电压输入端接地，负极性线性稳压器的电压输出端与电压调节端之间跨接第二电阻，用于为从负极性线性稳压器的电压输出端输入的电流提供一个电流回路；
负极性线性稳压器的电压调节端接第一电阻的一端，第一电阻的另一端接正输入电压；
第一输入滤波电容组和第二输入滤波电容组的一端与第一电阻的另一端连接，第一输入滤波电容组和第二输入滤波电容组的另一端接地，用于对输入电压进行滤波；
第一输出滤波电容组和第二输出滤波电容组连接负极性线性稳压器的电压输出端，第一输出滤波电容组和第二输出滤波电容组的另一端接地，用于对输出电压进行滤波。
2.根据权利要求1所述的高压方波驱动信号底部电平稳定装置，其特征在于：所述负极性线性稳压器将由第一电阻引入的正极性电源电压经过第一电阻和第二电阻调节以后作为高压方波驱动信号发生装置的底部+4.0V供电装置。
3.根据权利要求1所述的高压方波驱动信号底部电平稳定装置，其特征在于：利用负极性线性稳压器的电压输出端与电阻调节端为恒定1.25V电压差，调节第一电阻与第二电阻的比值大小来调节输出电压值，将从第一电阻端输入的正电压转换为正输出电压。
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