[发明专利]一种TDI CCD输出信号预处理器

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，涉及一种信号预处理器，特别是一种TDI CCD（Time Delay Integration Charge Coupled Devices，时间延迟积分型电荷耦合器件）输出信号预处理器。 

背景技术

TDI CCD是一种新型的线阵光电传感器，它通过时间延迟积分的方法对同一目标多次曝光，增加对目标的光子能量收集。与CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）图像传感器相比，TDI CCD具有可以不牺牲空间分辨率和工作速度的情况下获得高灵敏度，在低照度时通过时间延迟积分获得高质量的图像信息的优点，而且TDI CCD具有色彩饱和度好，图像更锐利和质感更真实等优点，特别是在低照度环境下可获得高质量的图像信息，信噪比高。因此，TDI CCD被广泛用于航天、医学、化工以及军事等诸多领域。 

2000年，刘国媛等在《光子学》期刊上发表的“CDS（Correlated Double Sampling，相关双采样）器件在TDI-CCD视频信号处理中的应用”中，对输出视频信号的特性进行了分析，提出了对于各种噪音的处理方法，详细介绍了应用CDS技术处理kTC复位噪声的方法。但现有处理电路只是实现了部分单一的去噪功能，而且现有TDI CCD类型多样，输出信号频率不尽相同，对于处理要求也不一而足，对后续处理电路与前级电路的匹配性能要求较高。另外，信号处理过后的有效视图信号应用也不尽相同，例如，有效信号进行模数转换上位机图片显示的方法也各有不同，无法做到有效的连接和匹配。这些都使TDI CCD信号处理电路很难实现集成化。 

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种具有操作简单、电路集成度高、应用范围广、对前级输出电路具有良好的匹配性等优点的TDI CCD输出信号预处理器。 

一种TDI CCD输出信号预处理器，实现了多种信号处理功能的集成化，与传统处理器相比，既实现了信号的去噪功能，又添加了光耦隔离功能，使整体电路的匹配性能大大提高，消除了与前一级输出电路的电气干扰。该TDI CCD输出信号预处理器包括：信号低通滤波电路，光耦隔离放大，复位噪声滤波，电位调节放大，二极管双向限幅，时序发生电路和直流供电电路。其连接关系为：信号低通滤波电路对TDI CCD输出信号进行低通滤波和放大处理后，输入到光耦隔离放大电路，输出与上一级电气隔离的信号，并输入到复位 噪声滤波电路，复位噪声滤波电路对该信号进行相关双采样处理，得到滤除复位噪声的信号，并送至电位调节放大电路，进行信号电位的调节和放大，然后输入给双向限幅电路进行信号电平的上下限幅。时序发生电路输出复位电平采样脉冲SHP（Sampling Holding Pulse）和信号电平采样脉冲SHD（Sampling Holding Decline）至相关双采样电路；直流供电电路分别与信号低通滤波电路、光耦隔离放大电路、复位噪声滤除电路、电位调节放大及双向限幅电路和时序发生电路相连，为它们提供所需的直流电压。 

信号低通滤波电路是一级由运算放大器组成的低通滤波放大电路，用于对TDI CCD输出信号进行预放大并滤除信号中的高频噪声。信号低通滤波电路主要由运算放大器AD817、输入电阻R2、反馈电阻R3和滤波电容C5组成。反馈电阻R3和滤波电容C5并联后跨接在运放输出端和同相输入端之间，共同影响滤器的截止频率。 

光耦隔离放大电路用于对信号进行隔离放大，输出与上一级电气隔离的信号。主要由两个光耦芯片TLP521和两个运放芯片AD848组成。输入级AD848存在两种反馈，一种是通过电容C2-1形成并联负反馈；另一种是通过R2-1、两片TLP521和R2-3到第一个AD848的同相输入端形成的串联负反馈。采用光耦合器使电路具有良好的电气绝缘、信号隔离和抗干扰能力，解决了不同TDI CCD与处理电路的阻抗匹配问题。同时，由于光耦合器的输入阻抗低，因而具有很强的共模抑制能力。当光电耦合器件直接用来传输模拟信号会导致信号失真，为此，本发明采用负反馈技术，将光电耦合器件串入反馈环路，使光耦器件的非线性失真得到明显抑制。本发明采用的两个光耦器件的性能完全相同，调节电位器R2-4，使R2-3=R2-4+R2-5，可使其光敏三极管的外围电路完全对称，使电路线性度达到0.1%，满足CCD信号传输的要求。