CCD光电测量综合设计

CCD光电测量综合设计指导老师：郑雪丽小组成员：张益达目录实验目的实验原理•CCD结构•工作原理设计要求•电路设计•驱动信号实现过程•设计方案•设计过程•调试结果评价分析•实验总结•吸取教训实验目的实现直流电源的设计完成TCD1206CCD器件驱动电路的设计学会用AltiumDesigner实现简单的工程理解FPGA特点、应用和设计流程CCD光电测量系统的最终实现实验原理TCD1206UD是一种典型的二相线阵CCD。主要用于尺寸测量。TCD1206的基本结构如右图实验原理由2236个pn结光电二极管构成光敏元阵列奇、偶数光敏元分别与两边移位寄存器相连MOS电容列(图中存储栅)转移栅电极SH模拟移位寄存器：一个MOS与光敏元相连，并接Ф1脉冲；另一个直接接Ф2脉冲实验原理当ΦSH脉冲高电平到来时，正值Φ1电极下均形成深势阱，同时ΦSH的高电平使Φ1电极下的深势阱与MOS电容存储势阱沟通。MOS电容下的信号电荷包通过转移栅转移到模拟移位寄存器的Φ1电极下的势阱中。当ΦSH由高变低时，ΦSH低电平形成的浅势阱将存储栅下势阱与Φ1电极下的势阱隔离开。存储栅势阱进入光积分状态，而模拟移位寄存器将在Φ1和Φ2脉冲的作用下驱使转移到Φ1电极下势阱中的信号电荷进行转移，并经过输出电路由OS电极输出。设计要求电源部分要求能够根据所选器件，设计出适合该器件的电源本次实验所选器件电源均为直流电流于是考虑使用整流滤波电路设计要求由于结构上的安排，OS端首先输出13个虚设单元信号，再输出51个暗信号，然后连续输出S1到S2160的有效像素单元信号。第S2160信号输出后，又输出9个暗信号，再输出2个奇偶检测信号，以后便是空驱动。空驱动数目可以任意的。由于该器件是两列并行分奇、偶传输的，所以在一个ΦSH周期中至少要有1118个Φ1脉冲，即TSH1118T1SP及ΦC是为用户提供的控制脉冲，SP与CCD输出的像元光电信号同步，可用来做采样保持控制信号。ΦC的上升沿对应于CCD的第一个有效像素单元S1，因而可以用作行同步实现过程主要工作：电源电路设计CCD器件驱动电路设计实现过程电源部分：采用整流滤波电路实现由220V交流电到±12V和+5V直流电的转变三端输出变压器二极管整流桥选用器件：LM78\79系列三段稳压电路集成IC芯片（包括LM7812CT、LM7809CT、LM7805CT、LM7912CT）实现过程CCD驱动电路：查看TCD1206UD产品手册，采用其典型驱动电路选用器件：PNP管A1015，74HC04反相器TCD1206UD的四路驱动脉冲由CMOS逻辑器件74HC04直接提供0.3V到5V的脉冲，因为在芯片的内部已经设置了电平转换器实现过程实现过程在驱动脉冲的作用下，TCD1206UD输出OS信号及DOS信号。将此二路输出信号分别送到差分放大器OP27的正、反输入端进行差分放大，抑制掉共模的ΦR引起的干扰实现过程实现过程在原理图完成之后，进行PCB的实现器件排列，设置走线注意！注意！注意！封装与器件的一一对应布线的规则与宽度实现过程Top层Bottom层实现过程贴片电容很小，需要使用镊子，并且注意防止短路在焊接途中，发现设计的电路图遗漏节点，于是添加了一外部电路由于选择错误一个Header2*5封装，不得不进行外接实现过程输入信号SH输入信号Φ1和Φ2输入信号RS实现过程有光照时输出信号OS（黄色）DOS（蓝色）无光照时输出信号实现过程问题：软件内缺少三极管A1015元件，错误使用了其他元件，并采用了错误的封装解决方法：自行设计了元器件，并且根据实际元件A1015的封装，在软件内设计了符合要求的封装实现过程问题：焊接时发现电容C6处遗漏节点解决方法：采用电路板外搭桥的方式连接实现过程问题：Header2*5P2封装错误，器件无法插入解决方法：采用电路板外接线方式连接实现过程问题：在原理电路图阶段，用网络号大小写字母的形式区分74HC04反相器的输入、输出信号软件AltiumDesigner在网络号上不区分大小写！！！软件AltiumDesigner在网络号上不区分大小写！！！软件AltiumDesigner在网络号上不区分大小写！！！重要的事情说三遍！实现过程解决方法：用小刀刻掉错误电路，利用导线在电路板外进行连接悲剧的是！错误的线路过多，实在没有改正完毕，导致没有得出最后正确的实验结果实现过程由于前面出现的种种错误，根源均是设计阶段出现的失误在此我们重新进行了改正PCB板布线如右图实现过程Top层敷铜Bottom层敷铜分析评价初步学会了PCB制作软件AltiumDesigner的使用：从最初的建立过程、绘制原理电路图、设计软件中缺少的器件、设计对应器件的封装、PCB板的器件布线等等，直到一个最终的印制电路板的形成学会了直流稳压电源的一种常用设计方法进一步理解了CCD光电测量器件的工作原理，并且掌握了一种典型的TCD1206驱动电路再一次温习了电子实习中学到的电路板手工焊制技术分析评价第一：细心！细心！细心！尤其是在原理电路图的设计阶段，每一个器件的选择，器件之间的连接，元器件封装的选择，一定要细心，并多次检查第二：了解软件的背景与规则一定不要想当然的理解一个软件的使用，不要从其他软件进行莫名的习惯迁移，这一次最大的教训就是AltiumDesigner软件网络名不区分大小写需要养成良好的编程类软件的使用习惯：不要用英文字母大小写用来区别变量网络等！分析评价第三：在实验过程中注意总结与检查在这次时间较长的实验过程中，我们小组的成员并没有对实验有一个较好的总结与检查，以致于最后的实现阶段出现了较多的问题倘若一开始能在设计过程中一边分析一边检查，也不至如此希望各位同学以我们为戒！