空间EMCCD成像系统中倍增高压时钟驱动设计

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高频非对称EMCCD增益驱动电路设计

高频非对称EMCCD增益驱动电路设计赖积斌;任国强;王明富;廖育富【摘要】With the development of adaptive optics system,higher requirements are proposed for operating frequency of EMCCD in the wavefront sensor. The operating frequency of gain driving circuit in the available EMCCD is not high enough,its stability is poor,and distortion of its driving waveform is serious. According to the requirement of CCD220 made by E2V Compa-ny to the gain driving circuit,the symmetrical structure of the traditional totem-pole method is changed to the asymmetric struc-ture. A square wave gain driving circuit with stable waveform was designed,whose frequency can reach up to 40 MHz. The feasi-bility of the circuit was proved by PSPICE simulation with Cadence.%自适应光学系统的发展,对波前传感器中的电子倍增CCD的工作频率提出了更高的要求;而目前所设计的电子倍增CCD增益驱动电路工作频率普遍不高,且稳定性不好,驱动波形变形严重.针对E2V公司的产品CCD220对增益驱动电路的要求,将传统图腾柱法的对称结构改为非对称,设计了一种频率高达40 MHz,且波形稳定性较好的方波增益驱动电路.利用Cadence对电路进行了PSpice仿真,证明了设计的可行性.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(038)022【总页数】4页(P111-114)【关键词】电子倍增CCD;工作频率;波形稳定性;CCD220;非对称结构【作者】赖积斌;任国强;王明富;廖育富【作者单位】中国科学院光电技术研究所,四川成都 610209;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院光电技术研究所,四川成都 610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都 610209;中国科学院光电技术研究所,四川成都 610209;中国科学院大学,北京 100049【正文语种】中文【中图分类】TN710-34;TP391.420世纪50年代，为了解决动态像差扰动问题，提出了自适应光学的概念，指出利用测量和矫正的方法克服这种动态扰动像差的设想。

空间高帧频背照式CCD驱动与信息处理技术研究的开题报告

空间高帧频背照式CCD驱动与信息处理技术研究的开题报告一、选题背景传统的数字相机采用的是CMOS或CCD图像传感器进行图像采集。

其中，CCD背照式传感器具有较高的光电转换效率和较好的噪声性能，因此在高端数字相机、摄像机等领域有着广泛应用。

随着数字化、高清化、3D化等技术的不断发展与应用，对图像传感器的性能要求越来越高，而传统的CCD背照式传感器在恶劣环境下，如高速运动、快门速度需求高等场景下存在一些瓶颈，如图像拍摄模糊、失真等问题。

因此，如何提升CCD背照式传感器的拍摄能力，成为当前研究的热点之一。

二、选题意义本选题将重点研究空间高帧频背照式CCD驱动与信息处理技术，以提升传感器的拍摄能力，能够应用于天文、无人机、遥感、卫星等领域，具有广泛的应用前景。

同时，可以为数字相机、摄像机等相关行业提供新技术，推动相关产品的升级换代。

三、研究内容1. 空间高帧频背照式CCD传感器（1）CCD传感器原理及优缺点（2）背照式CCD传感器的结构和特点（3）高帧频背照式CCD传感器的设计、制造与调试2. 驱动技术（1）CCD传感器驱动原理（2）驱动电路与控制器的设计（3）高速采集与传输技术实现3. 信息处理技术（1）CCD信号处理（2）图像降噪算法及其实现（3）图像分割与识别四、研究方法（1）文献调研，研究空间高帧频背照式CCD传感器相关技术，了解国内外研究现状和发展趋势。

（2）基于Altium Designer等EDA软件，结合硬件开发平台，完成CCD背照式传感器的设计、制造与调试。

（3）采用高速数字信号处理器及其开发软件，实现CCD信号处理、图像降噪、图像分割与识别等功能。

五、预期结果（1）研究出一种具有高速高分辨率、低噪声等特点的空间高帧频背照式CCD传感器。

（2）设计实现CCD传感器驱动电路和控制器，并能够进行高速采集和传输。

（3）实现图像降噪、分割与识别等功能，为相应应用提供支撑。

六、进度安排第一阶段：文献调研和项目咨询，设计相关硬件电路和软件算法，完成开题报告。

电子倍增CCD模拟前端设计与信号优化的开题报告

电子倍增CCD模拟前端设计与信号优化的开题报告一、选题的背景与意义电子倍增CCD (Electron Multiplying CCD，EMCCD) 是一种高灵敏度、低噪声的可编程光电转换器件，在生物光学成像、光学天文学等领域得到了广泛应用。

EMCCD具有高速存储、高分辨率和低暗电流等优势，但在应用中常面临信号噪声比低、动态范围小等问题，需要设计更优秀的模拟前端电路进行信号优化。

本课题旨在针对EMCCD的信号特性，深入研究其模拟前端电路的设计与优化，提高EMCCD的信号质量和光电转换效率，为相关应用提供技术支持。

二、研究内容与计划1.EMCCD信号特性分析EMCCD的信号具有较弱的光信号，需要经过电子倍增放大后才能提高信噪比。

本课题将重点研究EMCCD的信号特性，分析其信号的电荷和噪声分布规律。

2.电子倍增CCD模拟前端电路设计根据对EMCCD信号特性的研究结果，设计适用于EMCCD的模拟前端电路，提高其信号质量和光电转换效率。

主要包括前置放大器、滤波器、幅度校正电路等功能电路的设计，优化电路参数，提高EMCCD的信噪比和动态范围。

3.基于SPICE仿真的电路优化通过SPICE仿真软件对设计出的模拟前端电路进行验证和优化，探究电路性能的影响因素，进一步提高电路效率。

4.实验验证在EMCCD实验平台上进行实验验证，对设计出的电路进行测试和优化，在实际应用中提高EMCCD的灵敏度和图像质量。

计划时间表：第一年：EMCCD信号特性分析及模拟前端电路设计；第二年：基于SPICE仿真的电路优化；第三年：实验验证。

三、研究方法与技术路线本课题采用的研究方法主要包括理论分析、电路设计、SPICE仿真和实验验证等。

研究技术路线如下：1.EMCCD信号特性分析通过理论分析和实验测试的方式，对EMCCD信号特性进行分析，建立数学模型以及模拟电路模型，探究其信号的电荷和噪声分布规律。

2.电子倍增CCD模拟前端电路设计根据对EMCCD信号特性的分析，结合前置放大器、滤波器、幅度校正电路等功能电路的设计原理，设计适用于EMCCD的模拟前端电路。

基于EMCCD探测器的X射线数字成像系统的研制的开题报告

基于EMCCD探测器的X射线数字成像系统的研制的开题报告一、研究背景随着数字成像技术的不断发展，X射线数字成像技术也得到了广泛应用，成为了医学、工业、安全检测等领域的重要手段。

数字成像系统中，探测器是其核心组成部分之一，直接影响着成像效果。

近年来，EMCCD （增强型带电耦合器件）探测器作为高灵敏度、低噪声、高分辨率的探测器，已经成为数字成像系统中的热门选择。

而在医学领域中，X射线数字成像技术也取得了显著进展，尤其是在CT、放射治疗等领域的临床应用日益广泛。

针对目前数字成像技术中存在的一些问题，如探测器噪声大、分辨率低等，本研究计划使用EMCCD探测器构建一套高质量、高分辨率的X射线数字成像系统，同时更加注重医学应用的实用性，为医学诊断、疾病治疗等领域的发展提供技术支持。

二、研究目的和内容本研究的主要目的是研制一套基于EMCCD探测器的X射线数字成像系统，实现高分辨率、低噪声的成像效果。

具体研究内容包括：1. 搭建基于EMCCD探测器的数字成像系统，包括X射线源、EMCCD探测器、成像系统等组成部分。

2. 对EMCCD探测器进行优化，提高其探测灵敏度和分辨率。

3. 设计成像算法，对成像结果进行优化和提高，实现高质量、高精度的成像效果。

4. 针对医学领域的应用，开展相关实验，验证该数字成像系统在医学影像领域的应用能力和实用性。

三、研究意义本研究的意义主要体现在以下几个方面：1. 构建基于EMCCD探测器的数字成像系统，提高了数字成像技术的应用质量和可靠性。

2. 实现高分辨率、低噪声的数字成像效果，对医学、工业、安全检测等领域的应用将具有重要的推动作用。

3. 基于医学领域的实际需求，本研究将尝试实现医学领域中临床应用清晰度要求高、辐射剂量低的数字成像技术，具有重要的应用价值。

四、研究方法1. EMCCD探测器的优化：通过结合EMCCD探测器的物理原理和图像处理算法，对EMCCD探测器的探测灵敏度和分辨率进行优化和提高。

电子倍增电荷耦合器件中多针相工作模式

电子倍增电荷耦合器件中多针相工作模式周蓓蓓;陈钱;张闻文【期刊名称】《南京理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2008(032)005【摘要】针对微光条件下,电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)的暗电流噪声将会随信号一起在倍增寄存器中放大,信号仍会湮没于噪声中.该文提出将多针相(MPP)模式引入EMCCD,通过在栅极上加较大的负偏压,使得空穴填充Si-SiO2界面态,抑制电子的跃迁和传导,以减小暗电流的产生率.研究结果表明,T=300 K时,MPP模式下EMCCD的暗电流值为0.021 3 nA/cm2,而非MPP模式下EMCCD表面暗电流稳态值为1.79 nA/cm2.说明MPP模式的引入极大地降低了EMCCD的暗电流水平,同时提高了整个微光成像系统的探测灵敏度和信噪比.【总页数】5页(P599-603)【作者】周蓓蓓;陈钱;张闻文【作者单位】南京理工大学,电子工程与光电技术学院,江苏,南京,210094;南京理工大学,电子工程与光电技术学院,江苏,南京,210094;南京理工大学,电子工程与光电技术学院,江苏,南京,210094【正文语种】中文【中图分类】TN223【相关文献】1.基于电子倍增CCD噪声特性的最佳工作模式 [J], 张闻文;陈钱2.厚型气体电子倍增探测器(THGEM)在15～70 keV X射线测量中的应用 [J], 阎明洋;黄文谦;张帅;马忠剑;吴金杰;谢一冈3.电荷耦合器件在电子束参数测量中的损伤问题 [J], 王远;江孝国;李成刚;禹海军;张开志4.基于遗传算法自整定和Smith预估的电子倍增电荷耦合器件温控系统设计 [J], 高帅;杨少华;郭明安;李刚;严明;罗通顶;刘璐5.基于电子光谱中单通道电子倍增器电子探测效率的能量与空间的依赖性 [J], 梁聃;孙振路;秦旭磊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

电子倍增CCD星相机的设计

电子倍增CCD星相机的设计何家维;何昕;魏仲慧;耿玉芝;王一凡【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)006【摘要】针对导航领域对星相机的性能要求,通过在星相机中应用新型的电子倍增CCD(EMCCD),设计一种探测能力强、数据更新快的成像系统.说明了EMCCD工作原理,分析了EMCCD信噪比,介绍了基于TC285电子倍增CCD的星相机的设计方案,给出了CCD驱动电路、视频信号处理电路以及时序控制器的设计.用模拟拍星实验和实际拍星实验验证了所设计的相机的性能,同时对相机的应用进行了初步分析.通过分析实验图像的信噪比说明了设计的星相机具备在积分时间8 ms以内探测6等星的能力,且其图像数据更新频率可达10 frame/s,满足用短积分时间进行快速星光成像的要求.【总页数】8页(P1396-1403)【作者】何家维;何昕;魏仲慧;耿玉芝;王一凡【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033【正文语种】中文【中图分类】TN386.5;V447.3【相关文献】1.百万像素电子倍增CCD数字化相机的设计 [J], 杨少华;郭明安;李斌康;夏惊涛;孙凤荣2.科学级CCD相机在星敏感器中的设计与应用 [J], 何家维;何昕;魏仲慧3.EMCCD相机在全天时星敏感器中的设计与应用 [J], 何家维;何昕;魏仲慧;林为才4.星上TDI-CCD拼接相机的数据传输设计 [J], 宁永慧;郭永飞;李洪法5.电子倍增CCD相机制冷绝热设计 [J], 沈远航; 马文礼; 陈科位因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

emccd scmos 成像原理

emccd scmos 成像原理EMCCD和sCMOS是现代科学研究领域中常用的成像原理。

它们是两种不同的图像传感器技术，可用于高灵敏度和高速成像。

以下将详细介绍EMCCD和sCMOS的成像原理。

EMCCD（增强型电荷耦合器件）是一种特殊的CCD（电荷耦合器件）图像传感器。

EMCCD通过在增强寄生光滞后结构中引入增益放大器来实现高增益。

当光子经过透镜进入EMCCD像素时，它们会打到感光区域，并引发电荷载流子。

在感光区域之外的每个像素都有一个增益放大器，能够放大电荷信号。

然后，这些放大后的信号被传输到图像读出电路，进行转换和处理。

EMCCD通过不断放大电荷信号来提高图像的信噪比，从而实现高灵敏度成像。

sCMOS（科学型CMOS）是一种新型的图像传感器技术，结合了CMOS和CCD的优点。

与传统的CCD不同，sCMOS使用了特殊的像素设计，有效地减少了暗噪声和读出噪声。

每个sCMOS像素都包含一个感光区域、一个信号放大器和一个AD转换器。

当光子进入感光区域时，它们会产生电荷，信号放大器会放大这些电荷。

然后，AD转换器将模拟信号转换为数字信号，并传输到图像读出电路进行进一步处理。

sCMOS通过优化器件结构和采用特殊的电路设计，同时实现了高灵敏度和高速成像。

EMCCD和sCMOS具有各自的优点和适用领域。

由于EMCCD具有极高的增益和低噪声水平，适用于对弱光条件下的高灵敏度成像需求，例如荧光显微镜、光谱成像和生物医学研究。

而sCMOS则适用于需要高速成像和宽动态范围的应用，例如实时荧光成像、高速光学显微镜和天文学观测。

总结起来，EMCCD利用增益放大器提高信噪比，实现高灵敏度成像；而sCMOS通过优化像素结构和电路设计，实现高速成像和低噪声水平。

这两种成像原理在不同的应用场景下发挥着重要的作用，并推动了科学研究的进展。

幅值可调的EMCCD倍增时钟驱动电路设计

ｄｓｎｄｔｅｅａｑａｅｌｐｙｎｌｃｔｄｕｔｌａｌｕｅｆｒｌｐｙｎｇｎｆＣ７ＴｅｄｉｅｅｉｅｇｎｒｔｓｕｒｔｌｉｇｃｋｗｉａｊｓｂｅｍｐｉｄｏｔｌｉｇｉｉｇｏＤ９．ｈｒｒｇｏｅｍｕｉｏｈａｔｍｕｉｍａＣｖｃｎａｅｎｉｌｅｕｈｐｌｃｃｉａｄａｄｕｔｄｐｗｒＴｅｏｍｅｅｅｔｄｓｕｒｌｃｎｅｌｔｄｕｔｏｔｎｄａｏａｄｐｓ－ｕｌｉｕｔｎｎａｊｓｏｅｈｒｒｎｒｅｑａｅｏｋａｄｔｔｒｊｓｄｉｓｔｒｅｆｇａｃｈａｅａｅｍｌｕｅｅｃｋＷｉｔｒａｅｏｌｕｅｔｅａｊｓｎｏｉｒａｅ，ｉｈｐｒｙｃｅｓｔｄｔａｐｉｄｆｈｌｃ．ｔｅｉｃｅｓｆｍｐｉｄ，ｈｄｕｔｇｒｓｌｔｎｉｃｅｓｄｗｈｃａｌｍｐｎａｅｅｔｏｔｏｈｈｎａｔｉｅｕｏｎｔｏｈ
ｎｎｉｅｆｙｏｌｐｉａｉｎｇｉｌｔＢｏｈｍｕｔｌｉｇｃｏｋｗａｅｏｍｎｌｐｙｎｍａｅｄｉｅｙｔｅｄｉｅｏｌａｔｆｍｕｔｌｔａｎｐｏ．ｔｌｐｙｎｌｃｖｆｒａｄｍｕｔｌｉｇｉｇｒｖｎｂｈｒｒｎｉｉｃｏｉｉｖ
倍增时钟，可以实现ＣＤ９倍增成像和增益调整。Ｃ７的关键词：ＣＤ９；倍增时钟；调幅；倍增增益Ｃ７
中图分类号：Ｔ０Ｎ７３
文献标志码：Ａ

基于EMCCD的成像系统的构建

(
成像系统的结构
图 ( 为整个系统的硬件流程图，主要部分为：控
制和接收部分的 >% 机，产生数字逻辑部分的 .>?@ 芯片，驱动部分和 @ A - 转部分以及数据采集部分。 ( #! 控制和接收部分由于本系统需要对 $B&C’ 和 $%&’( 两种 %%- 芯片进行测试，所以需要对 %%- 的驱动参数进行设置。所有参数都可以通过 >% 机进行软件设置，通过计算机串口将数据传送至 .>?@，实现 %%- 驱动模式的变更。图像数据通过一块 >%DE("" 卡进行采集，该数据采集卡的最高数据传输速率为 C" 字节 A 秒。在 %%- 相机连续数据采集过程中，计算机可以实时自动存盘。 ( #& 数字逻辑部分数字逻辑部分主要负责与 >% 机的通信，以及在接收到信息后，根据 >% 传来的数据信息对 %%- 驱动
(CF
计算公式为： ! " ! # $% $ 为每一级增益放大器放大电子的增加值约为 " # "! 。虽然每一级的增益非常小，但是总增益与单个增益成指数倍的关系，所以最终增益 !& 很大，其公式如下：
’ !& " （! # $ ） %
（ ’ 为增益放大器的级数） #
我们选择了 +, 公司的两款 &#’’( 芯片，分别为 +’).! 、 +:);. ，帧转移工作模式，像素为 -;" （ $）（ *）、<""= （ $）（ *），像素大小为 9 > =! 1 ! 9 > =! 1 、 ;! 1 ! ;! 1， ! ."" ! <"") 分别带有 ="" 个增益寄存器（ #0/52?/2@452A3 ?2B6/），读出放大器为普通的读出放大器，最高工作频率分别为 <)#$%、 !" #$%。

emccd相机原理

emccd相机原理EMCCD cameras are used in a wide range of applications, from scientific research to industrial imaging. They are known for their extremely high sensitivity, low noise, and fast frame rates, making them ideal for capturing faint light in low-light conditions. EMCCD cameras work by using an electron-multiplying register to amplify the signal from individual photons, allowing for higher sensitivity than traditional CCD cameras.EMCCD相机被广泛应用于科学研究到工业成像的各种领域。

它们以极高的灵敏度、低噪声和快速帧率而闻名，适用于在低光条件下捕捉微弱光线。

EMCCD相机通过使用电子倍增寄存器来放大单个光子的信号，使其比传统CCD相机具有更高的灵敏度。

One of the key advantages of EMCCD cameras is their ability to detect and capture extremely low levels of light. This makes them particularly useful for applications such as fluorescence microscopy, astronomy, and bioluminescence imaging, where the signal of interest is often very weak. In addition, EMCCD cameras can be usedto capture high-speed events, thanks to their fast frame rates and low readout noise.EMCCD相机的一个关键优势是其能够检测和捕捉极低水平的光线。

EMCCD驱动电路设计与优化的开题报告

EMCCD驱动电路设计与优化的开题报告1. 研究背景电子增益被广泛应用于光学成像、荧光显微镜、光谱分析等领域，而电子多重累积器（EMCCD）作为一种电子增益器，因其高增益和低噪声等优良特性，已成为目前最常用的成像器件之一。

在EMCCD成像系统中，驱动电路的设计对成像效果至关重要，因此如何设计和优化EMCCD 驱动电路的性能成了研究的重点。

2. 研究目的本研究旨在设计和优化EMCCD驱动电路，提高其信号噪声比、波形纹理和动态范围等性能，以满足不同领域的需求。

3. 研究内容（1）EMCCD工作原理和特性的研究（2）EMCCD驱动电路的设计与制造（3）EMCCD驱动电路的性能测试与分析（4）EMCCD驱动电路的优化及其在实际应用中的应用4. 研究方法（1）理论模拟分析法：通过理论分析和模拟仿真，探讨EMCCD驱动电路的工作原理和性能特性。

（2）实验方法：通过实验验证，对EMCCD驱动电路的性能进行测试，采集相应数据进行分析，验证理论的正确性，并对EMCCD驱动电路进行优化。

（3）比较法：通过与其他驱动电路进行比较，分析和评价EMCCD 驱动电路的优点和不足之处。

5. 研究意义本研究将为EMCCD成像系统的开发和应用提供可靠的驱动电路设计和优化方案，有效提高EMCCD的成像性能和应用效果。

对荧光显微成像、光学天文学、激光雷达等领域的发展也将具有重要意义。

6. 预期成果（1）EMCCD驱动电路的设计与制造；（2）EMCCD驱动电路的性能测试与分析，包括信号噪声比、波形纹理和动态范围等性能；（3）EMCCD驱动电路的优化方案，提高其性能表现；（4）学术论文和技术报告的发表。

7. 研究计划（1）前期计划（2022.3-2022.6）：EMCCD工作原理和特性的研究，EMCCD驱动电路设计的初步探索，实验条件和设备的准备。

（2）中期计划（2022.7-2022.12）：EMCCD驱动电路的设计与制造，性能测试和分析，编写论文。