一種高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，該裝置包括通用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列、驅(qū)動(dòng)器、高壓可調(diào)電源、上、下鉗位電路、P型、N型DMOS管、第一限流電阻、第二限流電阻、第三限流電阻，底部電源，驅(qū)動(dòng)器將現(xiàn)場可編程邏輯門陣列輸出的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)源進(jìn)行幅度、驅(qū)動(dòng)能力放大，并通過上、下鉗位電路將放大后信號(hào)的頂部和信號(hào)的底部分別鉗位到高壓可控電源和底部電源后去控制一對(duì)超高速DMOS對(duì)管開啟和關(guān)斷，從而產(chǎn)生頻率在0-20MHz內(nèi)控制的高壓方波信號(hào)。本發(fā)明使電子倍增型CCD60的幀頻達(dá)到1000Hz以上，相比同類相機(jī)頻率提高1倍，用于驅(qū)動(dòng)電子倍增電荷耦合器件高頻、高壓電子增益寄存器產(chǎn)生電子增益。
【專利說明】一種高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微光成像【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，主要用于驅(qū)動(dòng)電荷耦合器件特有的電子增益寄存器產(chǎn)生電子增益。
【背景技術(shù)】
[0002]電子倍增電荷I禹合器件(Electron Multiplying Charge Couple Device,EMCCD)是近十年來在CCD圖像傳感器領(lǐng)域的一項(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CCD，其結(jié)構(gòu)和體積大大簡化，在某些重量和體積敏感的應(yīng)用場合具有較大優(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)來產(chǎn)生電子增益，該要求在電路具體實(shí)現(xiàn)時(shí)非常困難。對(duì)于某些電子倍增電荷耦合器件來說，其像素時(shí)鐘頻率達(dá)到了 18MHz以上，這進(jìn)一步增加了實(shí)現(xiàn)電子倍增電荷耦合器件高壓增益驅(qū)動(dòng)的難度。
[0003]電子倍增電荷耦合器件的高壓增益驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以是正弦波或者方波，正弦波對(duì)CCD產(chǎn)生的功耗小，干擾小，可獲得更小的CCD噪聲，但對(duì)時(shí)序關(guān)系及電路帶寬要求更為苛刻；方波功耗稍大，干擾更強(qiáng)，但對(duì)時(shí)序關(guān)系要求較為寬松，并且實(shí)現(xiàn)方法較正弦波容易。因此，目前市面上的EMCCD相機(jī)絕大部分是采用高壓方波的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)電子增益的控制。
[0004]電子倍增電荷耦合器件的外圍驅(qū)動(dòng)電路是國內(nèi)外微光成像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，特別是用于驅(qū)動(dòng)電子倍增電荷耦合器件產(chǎn)生電子增益的高壓正弦波或方波的產(chǎn)生方法。他們主要針對(duì)E2V公司的(XD97，(XD201等像素時(shí)鐘約為IOMHz的電子倍增電荷耦合器件研究低頻驅(qū)動(dòng)裝置，而對(duì)于CCD60等像素時(shí)鐘頻率可達(dá)到18MHz的高壓增益驅(qū)動(dòng)電路涉足極少。他們采用的方法主要是通過一對(duì)互補(bǔ)的高速DMOS對(duì)管交替開關(guān)產(chǎn)生高壓方波信號(hào)，但受限于高速DMOS對(duì)管的開關(guān)頻率以及功耗急劇加大導(dǎo)致DMOS對(duì)管瞬時(shí)失效的問題而無法達(dá)到20MHz以上的驅(qū)動(dòng)頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]針對(duì)電子倍增電荷耦合器件現(xiàn)有高壓方波驅(qū)動(dòng)裝置無法達(dá)到20MHz驅(qū)動(dòng)頻率而導(dǎo)致60型號(hào)電荷耦合器件無法達(dá)到理論幀頻1000幀/秒的問題，發(fā)明了一種信號(hào)驅(qū)動(dòng)頻率可達(dá)到20MHz、信號(hào)幅度達(dá)到45V的電子倍增電荷耦合器件高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]本發(fā)明提供的一種高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，主要包括通用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列、驅(qū)動(dòng)器、高壓可調(diào)電源、上鉗位電路、下鉗位電路、P型DMOS管、N型DMOS管、第一限流電阻、第二限流電阻、第三限流電阻，底部電源，其中:單片機(jī)連接PC機(jī)，接收并對(duì)PC機(jī)發(fā)送的命令字和信號(hào)參數(shù)進(jìn)行譯碼，通過地址總線和數(shù)據(jù)總線輸出譯碼后的命令字和電壓幅度調(diào)整參數(shù)數(shù)據(jù)；現(xiàn)場可編程邏輯門陣列連接單片機(jī)，接收單片機(jī)發(fā)送的譯碼后的命令字，控制現(xiàn)場可編程邏輯門陣列生成并輸出頻率、相位、占空比可調(diào)的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)；驅(qū)動(dòng)器連接現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，接收并放大方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，對(duì)方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)流，用于增強(qiáng)方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力；第一限流電阻輸入端連接驅(qū)動(dòng)器輸出端，對(duì)輸入的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行波形調(diào)整和限流，并輸出波形調(diào)整和限流的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)；高壓可調(diào)電源輸入端連接單片機(jī)輸出端，接收單片機(jī)發(fā)送的電壓幅度調(diào)整參數(shù)數(shù)據(jù)，用于調(diào)整輸出電壓幅度；高壓可調(diào)電源輸出端連接上鉗位電路、P型DMOS管的源極，用于為上鉗位電路、P型DMOS管提供可調(diào)幅度電壓；底部電源與下鉗位電路、N型DMOS管的源極連接，用于為下鉗位電路、N型DMOS管提供工作電壓；上鉗位電路、下鉗位電路的輸入端分別連接第一限流電阻的輸出端，接收經(jīng)過波形調(diào)整和限流的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)上鉗位電路和下鉗位電路；上鉗位電路將輸入的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頂部鉗位到高壓可調(diào)電源輸出的可調(diào)幅度電壓上，下鉗位電路將輸入的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的底部鉗位到底部電源上，生成并輸出兩路直流分量不同、交流分量相同的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)；P型DMOS管連接上鉗位電路，接收頂部被鉗位到高壓可調(diào)電源輸出電壓上的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制P型DMOS管不斷開啟和關(guān)斷生成并輸出高壓方波信號(hào)的高電平部分#型01?3管連接下鉗位電路，接收底部被鉗位到底部電源輸出電壓上的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制N型DMOS管不斷開啟和關(guān)斷生成并輸出高壓方波信號(hào)的低電平部分；第二限流電阻連接P型DMOS管的漏極，接收P型DMOS管輸出的高壓方波信號(hào)的高電平部分，對(duì)P型DMOS管生成的高壓方波信號(hào)的高電平部分進(jìn)行整形和限流；第三限流電阻連接N型DMOS管的漏極，接收N型DMOS管輸出的高壓方波信號(hào)的低電平部分，對(duì)N型DMOS管生成的高壓方波信號(hào)的低電平部分進(jìn)行整形和限流。
[0009](三)有益效果
[0010]本發(fā)明將電子倍增電荷耦合器件高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率從原來的IOMHz提高到20MHz以上，相比原有裝置驅(qū)動(dòng)頻率提高了 100%，可將60型號(hào)的電荷耦合器件的拍攝幀頻從500幀/秒提高到最高理論幀頻1000幀/秒，相比國外同類相機(jī)提升了 I倍，可滿足目前E2V公司所有電子倍增電荷耦合器件產(chǎn)品對(duì)高壓增益信號(hào)的驅(qū)動(dòng)要求，具有非常好的通用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明中實(shí)施例20V?49V可調(diào)電源產(chǎn)生框圖；
[0013]圖3是本發(fā)明中上鉗位電路及下鉗位電路；
【具體實(shí)施方式】
[0014]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015]本發(fā)明是針對(duì)電子倍增電荷耦合器件(EMCCD)的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過本發(fā)明下面的實(shí)施例，能實(shí)現(xiàn)任一電子倍增電荷耦合器件的高壓電子增益控制，產(chǎn)生電子增益，下面僅以驅(qū)動(dòng)60型號(hào)電子倍增電荷耦合器件的高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)為例介紹實(shí)施例:
[0016]如圖1示出本發(fā)明高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)框圖；一種高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，主要包括通用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列、驅(qū)動(dòng)器、高壓可調(diào)電源、上鉗位電路、下鉗位電路、P型DMOS管、N型DMOS管、第一限流電阻、第二限流電阻、第三限流電阻，底部電源，DMOS為高速擴(kuò)散型金屬氧化物半導(dǎo)體，其中:
[0017]單片機(jī)連接PC機(jī)，接收并對(duì)PC機(jī)發(fā)送的命令字和信號(hào)參數(shù)進(jìn)行譯碼，通過地址總線和數(shù)據(jù)總線輸出譯碼后的命令字和電壓幅度調(diào)整參數(shù)數(shù)據(jù)；現(xiàn)場可編程邏輯門陣列連接單片機(jī)，接收單片機(jī)發(fā)送的譯碼后的命令字，控制現(xiàn)場可編程邏輯門陣列生成并輸出頻率、相位、占空比可調(diào)的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)；驅(qū)動(dòng)器連接現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，接收并放大方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，對(duì)方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)流，用于增強(qiáng)方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力；第一限流電阻輸入端連接驅(qū)動(dòng)器輸出端，對(duì)輸入的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行波形調(diào)整和限流，并輸出波形調(diào)整和限流的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)；高壓可調(diào)電源輸入端連接單片機(jī)輸出端，接收單片機(jī)發(fā)送的電壓幅度調(diào)整參數(shù)數(shù)據(jù)，用于調(diào)整輸出電壓幅度；高壓可調(diào)電源輸出端連接上鉗位電路、P型DMOS管的源極，用于為上鉗位電路、P型DMOS管提供可調(diào)幅度電壓；底部電源與下鉗位電路、N型DMOS管的源極連接，用于為下鉗位電路、N型DMOS管提供工作電壓；上鉗位電路、下鉗位電路的輸入端分別連接第一限流電阻的輸出端，接收經(jīng)過波形調(diào)整和限流的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)上鉗位電路和下鉗位電路；上鉗位電路將輸入的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頂部鉗位到高壓可調(diào)電源輸出的可調(diào)幅度電壓上，下鉗位電路將輸入的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的底部鉗位到底部電源上，生成并輸出兩路直流分量不同、交流分量相同的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)；P型DMOS管連接上鉗位電路，接收頂部被鉗位到高壓可調(diào)電源輸出電壓上的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制P型DMOS管不斷開啟和關(guān)斷生成并輸出高壓方波信號(hào)的高電平部分；N型DMOS管連接下鉗位電路，接收底部被鉗位到底部電源輸出電壓上的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制N型DMOS管不斷開啟和關(guān)斷生成并輸出高壓方波信號(hào)的低電平部分；第二限流電阻連接P型DMOS管的漏極，接收P型DMOS管輸出的高壓方波信號(hào)的高電平部分，對(duì)P型DMOS管生成的高壓方波信號(hào)的高電平部分進(jìn)行整形和限流；第三限流電阻連接N型DMOS管的漏極，接收N型DMOS管輸出的高壓方波信號(hào)的低電平部分，對(duì)N型DMOS管生成的高壓方波信號(hào)的低電平部分進(jìn)行整形和限流。
[0018]現(xiàn)場可編程邏輯門陣列輸出的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的特性可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行控制，通用計(jì)算機(jī)通過串口發(fā)送命令字控制單片機(jī)訪問現(xiàn)場可編程邏輯門陣列內(nèi)部的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率、相位、占空比參數(shù)寄存器，用于改變輸出的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率、相位、占空比參數(shù)寄存器的參數(shù)。所述高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓幅度是通過通用計(jì)算機(jī)控制單片機(jī)去訪問可調(diào)高壓電源內(nèi)部的幅度控制寄存器實(shí)現(xiàn)。通過時(shí)鐘同源的方法使高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)與電荷耦合器件的水平驅(qū)動(dòng)信號(hào)、垂直驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間具有穩(wěn)定的時(shí)序關(guān)系。驅(qū)動(dòng)器將現(xiàn)場可編程邏輯門陣列輸出的3.3V電壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度放大為IOV電壓、驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)至3A電流，用于加快對(duì)P型DMOS管、N型DMOS管的輸入電容及寄生雜散電容的充放電速度，從而有效提升P型DMOS管、N型DMOS管的實(shí)際開關(guān)頻率。上鉗位電路及下鉗位電路的輸入采用同一個(gè)信號(hào)源即第一限流電阻輸出的經(jīng)過調(diào)整和限流的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，確保第一限流電阻輸出的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)被上、下鉗位后，生成具有完全相同的上升、下降時(shí)間和相位的控制信號(hào)，用于直接控制后續(xù)超高速P型DMOS管和N型DMOS管的開、關(guān)，從而產(chǎn)生高壓方波信號(hào)。高壓可調(diào)電源的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍為20V-49V，確保輸出高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的高電平在20V-49V范圍內(nèi)，用于保證電子倍增電荷耦合器件的電氣安全；部電源電壓設(shè)置為4.0V,以使輸出的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的低電平維持在4.0V。所述P型DMOS管、N型DMOS管的耐溫達(dá)150°C、耐壓達(dá)100V、開關(guān)速度達(dá)25MH，用于保證該裝置的工作頻率達(dá)到20MHz以上。在N型DMOS管、P型DMOS管的漏極分別引入第二限流電阻和第三限流電阻，用于防止在N型DMOS管、P型DMOS管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)出現(xiàn)巨大電流浪涌而損毀。上鉗位電路與下鉗位電路、P型DMOS管與N型DMOS管、第二限流電阻與第三限流電阻分別呈對(duì)稱布局，保證第一限流電阻輸出的信號(hào)經(jīng)過兩個(gè)對(duì)稱的電路，減小因電路不對(duì)稱性造成高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)失真。
[0019]如圖2示出本發(fā)明中實(shí)施例20V?49V高壓可調(diào)電源框圖，該高壓可調(diào)電源包括:DC-DC開關(guān)電源、高壓線性穩(wěn)壓器LD0、高壓數(shù)字電位器；單片機(jī)MCV連接高壓線性穩(wěn)壓器LD0、高壓數(shù)字電位器，高壓線性穩(wěn)壓器連接高壓數(shù)字電位器、DC-DC電源。采用一個(gè)升壓型(Boost)DC-DC電源將電子倍增CCD相機(jī)系統(tǒng)的電源電壓升壓到52V，在后面接一級(jí)高壓線性穩(wěn)壓器LD0，并在高壓線性穩(wěn)壓器LDO的可調(diào)節(jié)端串接一個(gè)高壓數(shù)字電位器，PC機(jī)通過串口控制單片機(jī)MCU對(duì)數(shù)字電位器的幅度控制寄存器值進(jìn)行設(shè)置，從而控制高壓線性穩(wěn)壓器LDO的輸出電壓在20V?49V之間變化，從而控制該裝置輸出的高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度在20V?49V之間變化；
[0020]如圖3示出本發(fā)明中上鉗位電路及下鉗位電路，上鉗位電路包括隔直電容Cl，鉗位二極管Dl和鉗位電阻R1，下鉗位電路包括直電容C2，鉗位二極管D2和鉗位電阻R2，Vl表示高壓可調(diào)電源，V2表示底部電源。驅(qū)動(dòng)器輸出的方波信號(hào)分為兩路，分別進(jìn)入Cl和C2進(jìn)行隔直處理，去掉信號(hào)中的直流分量；C1的輸出端連接到鉗位二極管Dl的正極和Rl，Dl的負(fù)極和Rl的另一端連接到Vl，利用二極管的單向?qū)ㄌ匦?，可將Cl輸出的交流信號(hào)的頂部固定在Vl輸出的電壓信號(hào)上，輸出到上部P型DMOS管控制上部的P型DMOS管的開啟和關(guān)閉；C2的輸出端連接到鉗位二極管D2的負(fù)極和R2，D2的正極和R2的另一端連接到V2，利用二極管的單向?qū)ㄌ匦?，可將C2輸出的交流信號(hào)的底部固定在V2輸出的電壓信號(hào)上，輸出到下部N型DMOS管控制下部的N型DMOS管的開啟和關(guān)閉。當(dāng)輸入驅(qū)動(dòng)器輸出的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí)，下部N型DMOS管柵極、源極電壓差大于柵源導(dǎo)通電壓，N型DMOS管導(dǎo)通，上部P型DMOS管柵源電壓相等，P型DMOS管關(guān)閉，從而輸出低電平4.0V;當(dāng)方波信號(hào)為低電平時(shí)，下部N型DMOS管柵極電壓等于源極電壓，N型DMOS管關(guān)閉，而上部P型DMOS管柵極電壓小于源極電壓，P型DMOS管導(dǎo)通，從而輸出高電平20V?49V ;這樣，在驅(qū)動(dòng)器輸出的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的任一高低電平時(shí)刻都只有一個(gè)DMOS管導(dǎo)通，從而輸出一個(gè)確定電平值，而在驅(qū)動(dòng)器輸出的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的上升或下降邊沿，由于選擇的是互補(bǔ)式DMOS對(duì)管，可以保證在一個(gè)DMOS管慢慢關(guān)閉時(shí)，另一個(gè)DMOS管慢慢開啟，確保輸出方波信號(hào)的上升或下降邊沿的平滑性。
[0021]盡管互補(bǔ)式DMOS對(duì)管在確定的高低電平值時(shí)只有一個(gè)導(dǎo)通，但在輸入方波信號(hào)的上升沿或下降沿的某一小段時(shí)刻，兩個(gè)DMOS管可能會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，這樣將會(huì)導(dǎo)致巨大的電流浪涌使DMOS對(duì)管功耗激增，產(chǎn)生較大熱量而損壞DMOS對(duì)管，因此在DMOS對(duì)管的漏極各增加一個(gè)限流電陽.，可大大減小同時(shí)導(dǎo)通時(shí)的峰值電流，可防止DMOS對(duì)管因發(fā)熱量大而失效。
[0022]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于:主要包括通用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列、驅(qū)動(dòng)器、高壓可調(diào)電源、上鉗位電路、下鉗位電路、P型DMOS管、N型DMOS管、第一限流電阻、第二限流電阻、第三限流電阻，底部電源，其中: 單片機(jī)連接PC機(jī)，接收并對(duì)PC機(jī)發(fā)送的命令字和信號(hào)參數(shù)進(jìn)行譯碼，通過地址總線和數(shù)據(jù)總線輸出譯碼后的命令字和電壓幅度調(diào)整參數(shù)數(shù)據(jù)； 現(xiàn)場可編程邏輯門陣列連接單片機(jī)，接收單片機(jī)發(fā)送的譯碼后的命令字，控制現(xiàn)場可編程邏輯門陣列生成并輸出頻率、相位、占空比可調(diào)的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 驅(qū)動(dòng)器連接現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，接收并放大方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，對(duì)方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)流，用于增強(qiáng)方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力； 第一限流電阻輸入端連接驅(qū)動(dòng)器輸出端，對(duì)輸入的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行波形調(diào)整和限流，并輸出波形調(diào)整和限流的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 高壓可調(diào)電源輸入端連接單片機(jī)輸出端，接收單片機(jī)發(fā)送的電壓幅度調(diào)整參數(shù)數(shù)據(jù)，用于調(diào)整輸出電壓幅度；高壓可調(diào)電源輸出端連接上鉗位電路、P型DMOS管的源極，用于為上鉗位電路、P型DMOS管提供可調(diào)幅度電壓； 底部電源與下鉗位電路、N型DMOS管的源極連接，用于為下鉗位電路、N型DMOS管提供工作電壓； 上鉗位電路、下鉗位電路的輸入端分別連接第一限流電阻的輸出端，接收經(jīng)過波形調(diào)整和限流的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)上鉗位電路和下鉗位電路；上鉗位電路將輸入的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頂部鉗位到高壓可調(diào)電源輸出的可調(diào)幅度電壓上，下鉗位電路將輸入的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的底部鉗位到底部電源上，生成并輸出兩路直流分量不同、交流分量相同的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)； P型DMOS管連接上鉗位電路，接收頂部被鉗位到高壓可調(diào)電源輸出電壓上的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制P型DMOS管不斷開啟和關(guān)斷生成并輸出高壓方波信號(hào)的高電平部分； N型DMOS管連接下鉗位電路，接收底部被鉗位到底部電源輸出電壓上的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制N型DMOS管不斷開啟和關(guān)斷生成并輸出高壓方波信號(hào)的低電平部分； 第二限流電阻連接P型DMOS管的漏極，接收P型DMOS管輸出的高壓方波信號(hào)的高電平部分，對(duì)P型DMOS管生成的高壓方波信號(hào)的高電平部分進(jìn)行整形和限流； 第三限流電阻連接N型DMOS管的漏極，接收N型DMOS管輸出的高壓方波信號(hào)的低電平部分，對(duì)N型DMOS管生成的高壓方波信號(hào)的低電平部分進(jìn)行整形和限流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于:現(xiàn)場可編程邏輯門陣列輸出的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的特性可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行控制，通用計(jì)算機(jī)通過串口發(fā)送命令字控制單片機(jī)訪問現(xiàn)場可編程邏輯門陣列內(nèi)部的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率、相位、占空比參數(shù)寄存器，用于改變輸出的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率、相位、占空比參數(shù)寄存器的參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于:所述高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓幅度是通過通用計(jì)算機(jī)控制單片機(jī)去訪問可調(diào)高壓電源內(nèi)部的幅度控制寄存器實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于:通過時(shí)鐘同源的方法使高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)與電荷耦合器件的水平驅(qū)動(dòng)信號(hào)、垂直驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間具有穩(wěn)定的時(shí)序關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于:驅(qū)動(dòng)器將現(xiàn)場可編程邏輯門陣列輸出的3.3V電壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度放大為IOV電壓、驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)至3A電流，用于加快對(duì)P型DMOS管、N型DMOS管的輸入電容及寄生雜散電容的充放電速度，從而有效提升P型DMOS管、N型DMOS管的實(shí)際開關(guān)頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于:上鉗位電路及下鉗位電路的輸入采用同一個(gè)信號(hào)源即第一限流電阻輸出的經(jīng)過調(diào)整和限流的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，確保第一限流電阻輸出的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)被上、下鉗位后，生成具有完全相同的上升、下降時(shí)間和相位的控制信號(hào)，用于直接控制后續(xù)超高速P型DMOS管和N型DMOS管的開、關(guān)，從而產(chǎn)生高壓方波信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于:高壓可調(diào)電源的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍為20V-49V，確保輸出高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的高電平在20V-49V范圍內(nèi)，用于保證電子倍增電荷I禹合器件的電氣安全；電源電壓設(shè)置為4.0V,以使輸出的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的低電平維持在4.0V。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于:所述P型DMOS管、N型DMOS管的耐溫達(dá)150°C、耐壓達(dá)100V、開關(guān)速度達(dá)25MH，用于保證該裝置的工作頻率達(dá)到20MHz以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于:在N型DMOS管、P型DMOS管的漏極分別引入第二限流電阻和第三限流電阻，用于防止在N型DMOS管、P型DMOS管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)出現(xiàn)巨大電流浪涌而損毀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于:上鉗位電路與下鉗位電路、P型DMOS管與N型DMOS管、第二限流電阻與第三限流電阻分別呈對(duì)稱布局，保證第一限 流電阻輸出的信號(hào)經(jīng)過兩個(gè)對(duì)稱的電路，減小因電路不對(duì)稱性造成高壓方波驅(qū)動(dòng) 號(hào)失真。
【文檔編號(hào)】H04N5/374GK103873790SQ201410116290
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】王明富, 何凱, 周向東, 楊世洪, 馬文禮 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所