[发明专利]一种高速面阵CCD功率驱动电路

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种高速面阵CCD功率驱动电路，适用于传感器领域。

背景技术

电荷耦合器件 (CCD)是一种光电转换式图像传感器，它将光信号直接转换成电信号。由于CCD具有集成度高、低功耗、低噪声、测量精度高、寿命长等诸多优点，因此，在精密测量、非接触无损检测、文件扫描与航空遥感等领域中得到了广泛的应用。CCD的功率驱动是CCD应用的关键技术之一，只有驱动脉冲的相位和电压幅值满足CCD的要求，CCD才能正常的完成光电转换功能，输出满足应用需求的信号。

虽然有些CCD仅需要时序信号而不需要功率驱动，但大多数高性能CCD是需要功率驱动的，且驱动波形要求是双极性的且幅度都比较大。所以CCD时序产生单元产生的信号需要进行电平搬移和放大。而CCD为容性负载，所以在高速驱动脉冲作用下会产生较大的瞬态电流，这就需要驱动电路具有足够强的电流驱动能力。当前以CCD驱动集成电路来实现CCD功率驱动可以满足一些相机要求。然而当CCD驱动波形为双极性时，单电源工作的驱动集成电路仍然需要外加电平搬移电路。当CCD的驱动电路波形电压幅度超出CCD驱动集成电路的工作电压时，这些驱动集成电路就不能满足要求了。

KAI-01050是KODAK公司生产的一款高速面阵行间转移CCD，其驱动电路不仅有高达40 MHz的高速水平转移信号，还有三电平阶梯的垂直转移信号和高压脉冲的电子快门信号。这些都属于本文论述的功率驱动时序极为严格的多路驱动信号是CCD正常工作的条件，由于CCD是容性负载，因此设计具有一定带负载能力驱动信号成了CCD相机系统设计中的重点和难点。

发明内容

本发明提供一种高速面阵CCD功率驱动电路，电路结构紧凑，体积较小，响应快，功率大，极间电容很小，满足了KAI-01050 CCD的功率驱动要求，具有较强的负载能力及抗干扰能力，功耗小，提高工作效率。

本发明所采用的技术方案是。

高速面阵CCD功率驱动电路由三电平阶梯脉冲功率驱动电路、电子快门功率驱动电路、COMS反相器保护电路组成。

所述三电平阶梯脉冲功率驱动电路选用驱动器组合的方法来实现，选用IXYS公司生产的高速MOSFET驱动器IXDD404，它是一款双通道超快MOSFET驱动器，每通道最高可以输出峰值为4A的电流，高容性负载驱动能力，低传输延时时间，在负载为1 800 pF时，上升/下降时间小于15 ns,4.5-35 V的宽电压操作范围。这些特点满足KAI-01050三电平阶梯脉冲驱动电路对驱动器的需求。将三电平信号V分解为V1HM和V1ML信号，分别经过2个IXDD404驱动器U1和U2进行驱动。V1ML经U1驱动后的信号控制U2的电源输入管脚，从而两个驱动器的组合产生所需的三电平阶梯波形信号。U2的GND脚，接了-9V，此处只是为U2提供0电平基准，并不是必须接GND， U2前端二极管钳位电路是将逻辑电平输入调整为U2的输入范围。

所述电子快门功率驱动电路中，时序发生单元的时序信号经过电容C1和C2耦合到两个电阻钳位端，两个电阻R1和R2用于把电容耦合过来的信号钳位到固定的电平。这样产生的两个信号就用于控制两个开关三极管的导通与截止。两个互补的三极管的集电极接在一起作为开关输出。当加在Q2基极的控制信号向上摆动时，三极管Q2就会导通，而这时加在Q1基极的信号恰处在高电平期间，因而三极管Q截止，所以输出到负载C3的信号为低电平。同理，当加在Q=基极的控制信号为低电平时，三极管Q2截止，而这时加在Ql基极的信号恰以高电平向下摆动，因而三极管Q1导通，所以输出到负载C3的信号为高电平，因此，这两个三极管组成的电路为反相驱动电路。驱动电路输出经电容C3耦合到D1的钳位电路，D1的作用是将输出信号的低电平钳位到VSUB(本电路中取值为8 V)。经钳位电路后产生最后的电子快门信号。

所述COMS反相器保护电路，在电路的输入端Ui、输出端U0及电源电压UDD分别加入TVS3，TVS2，TVS1，从而保护晶体管电路及后面的负载元件。由NMOS管和PMOS管组成的互补型MOS电路称为CMOS电路，它能对输出端的电容提供一个快速充放电回路，功耗小，工作速度较高，具有较强的负载能力及抗干扰能力。

本发明的有益效果是：电路结构紧凑，体积较小，响应快，功率大，极间电容很小，满足了KAI-01050 CCD的功率驱动要求，具有较强的负载能力及抗干扰能力，功耗小，提高工作效率。

附图说明