一種可調(diào)模擬tdi ccd輸出信號發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】一種可調(diào)模擬TDI?CCD輸出信號發(fā)生器，屬于電子應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，其用于產(chǎn)生可調(diào)的TDI?CCD輸出信號的模擬信號，包括波形發(fā)生電路，信號調(diào)幅電路，信號疊加電路，信號低通濾波電路以及供電電源電路。波形發(fā)生電路產(chǎn)生邏輯信號脈沖，經(jīng)信號調(diào)幅電路可以調(diào)節(jié)信號的幅值，隨后經(jīng)信號疊加電路后初步得到TDI?CCD輸出信號的模擬信號，經(jīng)濾波電路后最終得到幅值可調(diào)TDI?CCD輸出信號的模擬信號。波形發(fā)生電路、信號調(diào)幅電路、信號疊加電路和信號低通濾波電路的供電電壓都由供電電源電路提供。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)模擬信號的復(fù)位電平、信號電平來模擬出不同X射線計量照射下的TDI?CCD輸出信號的模擬信號，從而代替TDI?CCD輸出信號用于TDI?CCD信號處理電路的開發(fā)中。
【專利說明】—種可調(diào)模擬TDI CCD輸出信號發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號模擬輸出領(lǐng)域，涉及一種信號發(fā)生器，特別是一種可調(diào)模擬TDICCD (Time Delay Integration Charge Coupled Devices,時間延遲積分型電荷f禹合器件)輸出信號發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]TDI C⑶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(biāo)多次曝光，增加對目標(biāo)的光子能量收集。與CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器相比,TDI (XD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(zhì)量的圖像信息的優(yōu)點(diǎn)，而且TDI CCD具有色彩飽和度好，圖像更銳利和質(zhì)感更真實等優(yōu)點(diǎn)，特別是在低照度環(huán)境下可獲得高質(zhì)量的圖像信息，信噪比高。因此，TDI C⑶被廣泛用于航天、醫(yī)學(xué)、化工以及軍事等諸多領(lǐng)域。由于TDI CCD器件工藝復(fù)雜、價格昂貴，直接用于調(diào)試開發(fā)CCD信號處理電路時會有一定的風(fēng)險，而且其驅(qū)動信號要求復(fù)雜，多電源供電，有可能在實驗中因所開發(fā)電路不夠完善或操作失誤而造成不必要的損失。
[0003]為了避免調(diào)試開發(fā)CXD信號處理電路時對傳感器帶來的風(fēng)險，需要對TDI CXD器件的輸出信號進(jìn)行模擬。目前的方法有直接用硬件電路模擬出CCD器件的功能，并得到相應(yīng)輸出信號，但其存在的硬件電路調(diào)試復(fù)雜、開發(fā)周期長、輸出信號周期不可調(diào)，信號無法變化無法模擬CCD有物體時信號產(chǎn)生的變化，波形不理想等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有的上述問題，本發(fā)明提供了一種具有操作簡單、電路集成度高、波形穩(wěn)定、符合CCD輸出的信號、且模擬的得到的信號還可模擬CCD輸出的信號動態(tài)變化等優(yōu)點(diǎn)的模擬TDI C⑶輸出信號發(fā)生器。
[0005]—種可調(diào)模擬TDI (XD輸出信號發(fā)生器,實現(xiàn)了 (XD輸出信號的動態(tài)模擬,與傳統(tǒng)CCD輸出信號發(fā)生器相比，既實現(xiàn)了模擬產(chǎn)生CCD輸出信號，又添加了模擬CCD信號的動態(tài)變化功能，使整體信號發(fā)生電路的作用大大提高，模擬出的輸出信號動態(tài)變化對于測試CCD處理電路的調(diào)試效果更加明顯。該可調(diào)模擬TDI CXD輸出信號發(fā)生器包括:波形發(fā)生電路，信號調(diào)幅電路，信號疊加電路，信號低通濾波電路和直流供電電路。其連接關(guān)系為:波形發(fā)生電路首先產(chǎn)生合成輸出信號的必備波形Sg、Sm，隨后產(chǎn)生的波形接入到信號調(diào)幅電路，可以對Sm和Sn波形進(jìn)行幅值的調(diào)節(jié)，使得其后疊加信號能夠模擬CCD輸出信號動態(tài)變化，經(jīng)信號調(diào)幅電路后得到S2_p S2_2輸入信號疊加電路，信號疊加電路則對波心Sy1和S2_2進(jìn)行線性疊加，這樣就初步得到CCD輸出信號的模擬信號S3，得到的S3輸入到信號低通濾波電路進(jìn)行濾波，最后就得到需要的有效、穩(wěn)定的CCD輸出信號的模擬信號。直流供電電路分別與波形發(fā)生電路，信號調(diào)幅電路，信號疊加電路，信號低通濾波電路相連，為它們提供所需的直流電壓。[0006]波形發(fā)生電路產(chǎn)生的兩路波形Sw和S"，方波信號Sw用于模擬CXD輸出信號的物體信號電平，產(chǎn)生脈沖信號Sm用于模擬CCD輸出信號的復(fù)位電平。波形發(fā)生電路主要由24MHZ有源晶振、可編程邏輯芯片EPM7128、開關(guān)組成。24MHZ有源晶振為編程芯片EPM7128提供外時鐘，EPM7128則產(chǎn)生合成CCD輸出信號的必備波形，開關(guān)控制晶振與芯片的結(jié)束與啟動。
[0007]信號調(diào)幅電路用于對波形Sg和Sp2進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)，這樣在應(yīng)用本研究的模擬信號發(fā)生器進(jìn)行CCD信號處理系統(tǒng)檢測時，便可以模擬CCD輸出信號的動態(tài)變化，使得CCD信號處理系統(tǒng)檢測更加有效實用。信號調(diào)幅電路主要由兩片運(yùn)放芯片AD704和一個反相器74HC04組成。兩個運(yùn)放芯片AD704和若干電阻組成相同的兩個反向比例運(yùn)算電路，電位器R2_3跨接在集成運(yùn)放AD704輸出端和反向輸入端，引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋。同相輸入端通過電阻IV1接地，波形Sm則通過電阻R2_2接入反向輸入端。這樣得到的輸出輸入關(guān)系為:輸出U0=- (R2VR2-2)*S1_10其中IV1=IV2=IK,電位器r2_3滿量程為2K，這樣調(diào)r2_3時就可以控制比例運(yùn)算電路輸出信號Utl的幅值。另一部分反向比例運(yùn)算電路原理相同；這樣就得到了可調(diào)節(jié)的反向方波信號Sp1和脈沖信號S"，隨后反向的輸出信號接入到反相器74HC04進(jìn)行反向處理，得到正向可調(diào)方波信號Sy1和脈沖信號S2_2，為后續(xù)的模擬CCD輸出信號動態(tài)變化提供基礎(chǔ)。
[0008]信號疊加電路用于對上一級產(chǎn)生的可調(diào)方波信號Sp1和脈沖信號S2_2進(jìn)行線性疊加，初步模擬C⑶輸出信號。主要由集成運(yùn)放芯片AD704、5片電阻、兩片電位器組成。信號疊加電路為信號的加減運(yùn)算電路，上一級的可調(diào)方波與脈沖信號分別接電阻R3-2、R3_3后接入到AD704的正向輸入端，使 得兩個信號進(jìn)行疊加。同時電位器Rf跨接在AD704輸出端和反相輸入端之間，引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋，這樣調(diào)節(jié)Rf即可調(diào)節(jié)模擬信號的壓差。高電平5V接電位器IV1后為Ui接入AD704的反向輸入端，作為減法電路，用于調(diào)節(jié)模擬信號的電位。最后得到輸出信號S3，輸出信號的比例關(guān)系為=S3=Rf^(S2VUS2VtV3-UiA)，這樣Rf可以控制模擬信號的壓差，真實CXD輸出信號壓差范圍在1.5V左右，通過調(diào)節(jié)Rf即可達(dá)到。R3-!則可調(diào)節(jié)Ui用以調(diào)節(jié)模擬信號的電位。
[0009]信號低通濾波電路是一級由運(yùn)算放大器組成的低通濾波電路，用于對CXD模擬信號進(jìn)行濾波處理，濾除信號中的高頻噪聲。信號低通濾波電路主要由運(yùn)算放大器AD744、輸入電阻IV1、反饋電阻R4_2和濾波電容C5組成。其中電阻R4-3=R4-2，使整個運(yùn)放電路放大比例為1:1。反饋電阻R4_2和濾波電容C5并聯(lián)后跨接在運(yùn)放輸出端和反相輸入端之間，共同影響濾器的截止頻率。
[0010]直流供電電路包括降壓變壓器、橋式整流濾波電路和線性穩(wěn)壓電路。220V交流電經(jīng)過變壓器降壓和整流濾波轉(zhuǎn)換為直流電，然后經(jīng)過線性穩(wěn)壓電路為波形發(fā)生電路，信號調(diào)幅電路，信號疊加電路，信號低通濾波電路供電。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果:
[0012](I)本發(fā)明提供的TDI C⑶模擬信號發(fā)生器，可更有效的模擬TDI C⑶輸出信號，模擬信號與真實CCD輸出信號的相似度更高，用作CCD成像系統(tǒng)開發(fā)中信號處理電路的輸入信號，進(jìn)行電路的調(diào)試，并使得調(diào)試更加接近真實CCD輸出信號，從而可縮短CCD成像系統(tǒng)的開發(fā)周期。
[0013](2)信號調(diào)幅電路使得最后得到的CCD模擬信號能夠動態(tài)輸出，可以完全模擬CCD輸出信號在不同X射線計量下的信號電平的變化，這樣在調(diào)試CCD信號處理系統(tǒng)時更加真實，增加調(diào)試的成功率。
[0014](3)同時可以通過調(diào)節(jié)電位器可以得到不同電位下和不同壓差的TDI CXD模擬信號，與現(xiàn)有的模擬CCD輸出信號的器件裝置相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、更加實用，調(diào)試時間短、應(yīng)用更廣泛等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為TD1-CXD輸出信號示意圖
[0016]圖2為信號合成原理不意圖
[0017]圖3為可調(diào)模擬TDI CXD輸出信號發(fā)生器系統(tǒng)框圖
[0018]圖4為波形發(fā)生電路原理圖
[0019]圖5為信號調(diào)幅電路原理圖
[0020]圖6為信號疊加電路原理圖
[0021]圖7為信號低通濾波電路原理圖
[0022]圖8為直流供電電路原理圖
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0024]本發(fā)明所述的可調(diào)模擬TDI CXD輸出信號發(fā)生器的組成框圖如圖3所示，包括波形發(fā)生電路、信號調(diào)幅電路、信號疊加電路、信號低通濾波電路和直流供電電路。其中，
[0025]波形發(fā)生電路如圖4所示，主要由24MHZ有源晶振和可編程邏輯芯片EPM7128組成。晶振2管腳接地，4管腳通過開關(guān)接5V高電位，3管腳接入EPM7128的25管腳作為編程芯片的外時鐘，EPM7128的VCC和GND分別接高和地，隨后28管腳輸出方波信號S1+ 29管腳輸出脈沖信號Sh2,產(chǎn)生的Sp1和Sn接入下一級。
[0026]信號調(diào)幅電路如圖5所示，主要由兩片運(yùn)算放大器AD704、四片電阻、兩片電位器、一片反相器芯片74HC04組成。前一級的信號Sm和Sp2分別通過電阻R2_2，R2_5接入兩片AD704的反相輸入端9管腳，兩片AD704的正向輸入端10管腳分別通過電阻R2_1;R2_4接地，兩片電位器R2-3，R2_6則分別跨接在兩片AD704的輸出端8管腳和反向輸入端9管腳作為負(fù)反饋調(diào)節(jié)輸出信號幅值，兩片AD704的輸出端8管腳則分別接入到反相器74HC74的3管腳和11管腳，其74HC74的4管腳和12管腳則輸出幅值可調(diào)的方波和脈沖信號Sp1和S2_2作為下一級的輸入。
[0027]信號疊加電路如圖6所示，主要由運(yùn)算放大器AD704、四片電阻、兩片電位器組成。前一級的Sp1通過電阻R3_2接AD704的正向輸入端10管腳，S2_2通過電阻R3_3接AD704的正向輸入端10管腳，AD704的正向輸入端10管腳則通過電阻R3-6后接地，電位器R3-1接5V電源后通過并聯(lián)的電阻R3_4和R3_5后接入AD704的反向輸入端9管腳可以調(diào)節(jié)模擬信號的電位，電位器Rf跨接在AD704的輸出端8管腳和反向輸入端9管腳作為運(yùn)放電路的負(fù)反饋用以調(diào)節(jié)模擬信號的壓差，AD704的輸出端8管腳則為初步得到的CCD輸出信號的模擬信號S3, S3作為下一級輸入。
[0028]信號低通濾波電路如圖7所示，主要由運(yùn)算放大器AD744、輸入電阻IV1、反饋電阻R4-2和濾波電容C5組成。信號S3經(jīng)輸入電阻Rf1接AD44的2管腳。AD744的3管腳經(jīng)電阻R4_3接地，反饋電阻R4_2和濾波電容C5并聯(lián)后跨接在AD744的輸出端6管腳和反相輸入端2管腳之間。經(jīng)濾波后的信號OUTPUT則是最終得到的動態(tài)可調(diào)的CCD輸出信號的模擬信號。
[0029]直流供電電路如圖8所示，主要包括降壓變壓器、橋式整流濾波電路和線性穩(wěn)壓電路。220V、50Hz交流電經(jīng)過降壓、整流后轉(zhuǎn)換為直流電，然后經(jīng)線性穩(wěn)壓管穩(wěn)壓得到所需直流電壓:波形發(fā)生電路中有源晶振+5V供電，EPM7128+5V供電；信號調(diào)幅電路中的AD704±5V供電；信號疊加電路中AD704±5V供電；信號低通濾波電路中AD744±5V供電。本實施例中，采用線性穩(wěn)壓管7805輸出+5V電壓，7905輸出-5V電壓。
【權(quán)利要求】
1.一種可調(diào)模擬TDI CCD輸出信號發(fā)生器,包括波形發(fā)生電路,信號調(diào)幅電路,信號疊加電路，信號低通濾波電路以及供電電源電路，所述的波形發(fā)生電路包括晶振、可編程邏輯器件EPM7128、開關(guān)；所述的可編程邏輯器件EPM7128共產(chǎn)生兩路信號:方波信號Sl-1，脈沖信號S1-2 ;連接關(guān)系為:由晶振產(chǎn)生的脈沖信號作為可編程邏輯器件EPM7128的輸入時鐘，由開關(guān)控制晶振和可編程邏輯器件EPM7128的啟動；可編程邏輯器件EPM7128產(chǎn)生的方波信號Sl-1以及脈沖信號S1-2經(jīng)信號調(diào)幅電路后送入信號疊加電路，經(jīng)信號疊加電路后初步得到TDI CCD的模擬信號，然后送入信號低通濾波電路，最終輸出TDI CCD的模擬信號；波形發(fā)生電路、信號調(diào)幅電路、信號疊加電路和濾波電路所需電壓都由供電電源電路提供;其中， 波形發(fā)生電路產(chǎn)生的兩路波形S1H和Sp2,方波信號S1H用于模擬CCD輸出信號的物體信號電平，產(chǎn)生脈沖信號Sp2用于模擬CCD輸出信號的復(fù)位電平；波形發(fā)生電路主要由24MHZ有源晶振、可編程邏輯芯片EPM7128、開關(guān)組成；24MHZ有源晶振為編程芯片EPM7128提供外時鐘，EPM7128則產(chǎn)生合成CCD輸出信號的必備波形，開關(guān)控制晶振與芯片的結(jié)束與啟動; 信號調(diào)幅電路用于對波形Sm和Sn進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)，這樣在應(yīng)用本研究的模擬信號發(fā)生器進(jìn)行CCD信號處理系統(tǒng)檢測時，便可以模擬CCD輸出信號的動態(tài)變化，使得CCD信號處理系統(tǒng)檢測更加有效實用；信號調(diào)幅電路主要由兩片運(yùn)放芯片AD704和一個反相器74HC04組成；兩個運(yùn)放芯片AD704和若干電阻組成相同的兩個反向比例運(yùn)算電路，電位器R2_3跨接在集成運(yùn)放AD704輸出端和反向輸入端，引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋；同相輸入端通過電阻Ry1接地，波形Sm則通過電阻R2_2接入反向輸入端；這樣得到的輸出輸入關(guān)系為:輸出U0=-(R2-3/R2-2) *S^ ;其中IV1=IV2=IK,電位器R2_3滿量程為2K，這樣調(diào)R2_3時就可以控制比例運(yùn)算電路輸出信號Utl的幅值；另一部分反向比例運(yùn)算電路原理相同；這樣就得到了可調(diào)節(jié)的反向方波信號Sg和 脈沖信號S"，隨后反向的輸出信號接入到反相器74HC04進(jìn)行反向處理，得到正向可調(diào)方波信號Sp1和脈沖信號S2_2，為后續(xù)的模擬CCD輸出信號動態(tài)變化提供基礎(chǔ)； 信號疊加電路用于對上一級產(chǎn)生的可調(diào)方波信號Sp1和脈沖信號S2_2進(jìn)行線性疊加，初步模擬CXD輸出信號；主要由集成運(yùn)放芯片AD704、5片電阻、兩片電位器組成；信號疊加電路為信號的加減運(yùn)算電路，上一級的可調(diào)方波與脈沖信號分別接電阻R3-2、R3-3后接入到AD704的正向輸入端，使得兩個信號進(jìn)行疊加；同時電位器Rf跨接在AD704輸出端和反相輸入端之間，引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋，這樣調(diào)節(jié)Rf即可調(diào)節(jié)模擬信號的壓差；高電平5V接電位器Rh后為Ui接入AD704的反向輸入端，作為減法電路，用于調(diào)節(jié)模擬信號的電位；最后得到輸出信號S3，輸出信號的比例關(guān)系為=S3=Rf^(S2VUS2VtV3-UiA)，這樣Rf可以控制模擬信號的壓差，真實CCD輸出信號壓差范圍在1.5V左右，通過調(diào)節(jié)Rf即可達(dá)到；R3_JlJ可調(diào)節(jié)Ui用以調(diào)節(jié)模擬信號的電位； 信號低通濾波電路是一級由運(yùn)算放大器組成的低通濾波電路，用于對CXD模擬信號進(jìn)行濾波處理，濾除信號中的高頻噪聲；信號低通濾波電路主要由運(yùn)算放大器AD744、輸入電阻Rh、反饋電阻R4_2和濾波電容C5組成；其中電阻R4_3=R4_2，使整個運(yùn)放電路放大比例為1:1 ;反饋電阻R4_2和濾波電容C5并聯(lián)后跨接在運(yùn)放輸出端和反相輸入端之間，共同影響濾器的截止頻率；直流供電電路包括降壓變壓器、橋式整流濾波電路和線性穩(wěn)壓電路；220V交流電經(jīng)過變壓器降壓和整流濾波轉(zhuǎn)換為直流電，然后經(jīng)過線性穩(wěn)壓電路為波形發(fā)生電路，信號調(diào)幅電路，信號疊加電路，信號低通濾波電路供電。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)模擬TDICXD輸出信號發(fā)生器，其特征在于:通過可編程邏輯器件EPM7128產(chǎn)生相關(guān)方波信號和脈沖信號，再通過信號調(diào)幅電路，信號疊加電路，信號低通濾波電路等產(chǎn)生模擬信號，可有效的模擬TDI CCD輸出信號，模擬信號與真實CCD輸出信號的相似度高，用作CCD成像系統(tǒng)開發(fā)中信號處理電路的輸入信號，進(jìn)行電路的調(diào)試，并使得調(diào)試更加接近真實CCD輸出信號，從而可縮短CCD成像系統(tǒng)的開發(fā)周期。
3.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)模擬TDICCD輸出信號發(fā)生器，其特征在于:信號調(diào)幅電路包括運(yùn)算放大器和反相器；其連接關(guān)系為EPM7128產(chǎn)生的方波信號Sl-1以及脈沖信號S1-2分別經(jīng)過方向比例運(yùn)算電路經(jīng)過信號的調(diào)幅處理，其后得到的信號進(jìn)入反相器反向處理輸出，這樣就實現(xiàn)了 CCD輸出信號的動態(tài)模擬，即實現(xiàn)了 CCD輸出信號中復(fù)位電平與信號電平差值的可調(diào)。
4.如權(quán) 利要求1所述的TDICCD模擬信號發(fā)生器，其特征在于:所述的信號疊加電路由運(yùn)算放大器和電位器組成信號的加減運(yùn)算電路；動態(tài)可調(diào)的方波信號和脈沖信號分別通過電阻接入運(yùn)算放大器的同相輸入端，反相輸入端則接電位器后接入5V電源，這樣通過調(diào)節(jié)電位器便可調(diào)節(jié)模擬信號的電位，同時引入電位器跨接在運(yùn)算放大器輸出端與方向輸入端之間，用以調(diào)節(jié)模擬信號的壓差，實現(xiàn)對不同類型CCD輸出信號的模擬。
5.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)模擬TDICCD輸出信號發(fā)生器，其特征在于:濾波電路包括運(yùn)算放大器；其連接關(guān)系為信號疊加電路的輸出疊加信號輸入運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的輸出端經(jīng)反饋電路后輸入運(yùn)算放大器的正相輸入端。
【文檔編號】H04N5/335GK103647910SQ201310629328
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】劉有軍, 崔少飛, 陸建榮, 杜國偉, 梁洪 申請人:北京工業(yè)大學(xué)