[发明专利]一种用于电子倍增电荷耦合器件驱动的单片式集成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）驱动的单片式集成方法，属于集成电路技术领域。

背景技术

随着微光成像技术的发展，伴随相关基础技术的进步，微光成像技术在概念上突破了真空光电子器件的束缚，涌现出许多新型成像器件，同时，微光技术的应用领域也从单一的军事应用拓展到工业成像、科学成像应用，各类微光成像器件的探测能力也从微弱自然光辐射探测发展到单个光子辐射探测。微光成像技术已经成为现代光学仪器、现代测控技术的重要发展方向，而微光成像系统中采用的微光图像传感器则是其中的核心器件。EMCCD是一种改进的帧转移型面阵CCD，EMCCD作为一种全固态微光图像传感器也越来越多的应用到微光成像系统设计中，而微光成像系统对EMCCD器件要求也越来越高，需要其有高速驱动、低功耗、高可靠性及更为紧凑的驱动单元结构，同时需要更快的读取速度。

EMCCD作为一种全固态微光成像器件，在不需要任何附加结构的情况下，能够得到与ICCD相近的图像质量，其性能已经被证实优于现有微光像增强技术，电子倍增通过嵌入可控的倍增寄存器使信号电荷在转移过程中得到放大增强，实现了全固态微光成像。作为新型的微光成像器件，电子倍增克服了以往微光成像器件的缺点，具有很高的量子效率、灵敏度和信噪比，在高增益条件下有效读出噪声小于一个电子，其探测灵敏度可达到对真正单光子事件的检测。EMCCD具有体积小、寿命长、无需延长光积分时间等优点，应用范围涉及单分子探测、活细胞荧光显微术、天文探测、自适应光学、层析摄影、安防、车辆行驶、新闻采访、药物发明、军事侦察、航天、航海、生物、医学、核物理、卫星监测、高速摄影等许多领域，特别在国土安全领域中的夜间作战、侦察、监视、警戒、指挥、火控、炮瞄、精确制导、远距离预警、光电对抗等方面发挥了巨大作用，将为国家信息化建设做出巨大的贡献。

由于采用EMCCD器件的微光像增强技术具有高量子效率、高灵敏度、高信噪比、高空间分辨率、高读出速率、高帧速工作和可变的增益控制的特点，随着技术的日趋成熟，其良好的市场前景越发突显。根据微光像增强技术发展路线，如何适应微光成像系统的要求实现EMCCD器件性能的提升，如在微光成像系统只能提供很少输入端口资源的情况，EMCCD器件往往会因为所需控制信号较多、电子倍增驱动信号电平高，且要求幅度连续可调等原因不满足要求而无法实现微光成像系统对EMCCD器件驱动简单、快速、低功耗、高可靠的要求，因此如何使EMCCD器件具有驱动简单、读出高速、功耗低等特点，对于提升EMCCD器件性能及相应的应用具有非常重要的意义。

授权公告号为CN102158658B的“一种实现EMCCD特有驱动信号的系统”、授权公告号为CN102158661B的“一种EMCCD特有信号的驱动系统”、申请公布号为CN102447849A的“一种高压运放实现EMCCD信号驱动的系统”、申请公布号为CN102316284A的“一种变压器实现EMCCD信号驱动的系统”、申请公布号为CN103001485A的“一种EMCCD的电子倍增驱动电源”、申请公布号为CN102231809A的“一种电子倍增CCD正弦波驱动方法”、申请公布号为CN102769723A的“快速高精度电子倍增CCD自动增益系统及方法”、申请公布号为CN102883116A的“低功耗EMCCD倍增信号驱动方法”、申请公布号为CN102891968A的“基于CRT驱动电路实现EMCCD高压驱动信号的系统”都是采用分立电子元器件进行系统集成实现EMCCD芯片驱动的方法，因为分立器件的使用，容易造成系统RC分布变化，进而产生阻抗失配，影响驱动信号完整性；而且过多的应用分立器件也不利于微光成像的小型化、低功耗的发展趋势。申请公布号为CN102883113A的“用于EMCCD的低负载增益寄存器链”是基于Si的新工艺技术，需要开发新的工艺生产流程才有可能进行制造，目前尚处于研究阶段，所以短期内适用范围有限。

发明内容

为了解决现有技术中EMCCD器件时序复杂、需要采用分立电子元器件多次集成或需要改进EMCCD器件结构才能实现微光成像系统对EMCCD器件驱动时序实现简单，读出速度快等问题，提供一种适用于电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)驱动的单片式集成方法。