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线阵CCD驱动方案1(OS差分)

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1.1. CCD信号整形方案1

CCD的驱动电路采用CPLD实现,在原理和实现上非常的简单,采用Verilog HDL语言进行时序控制,比较简单。但是CCD信号的整形,以及ADC采集部分,相对与数字逻辑设计而言就比较复杂了。

为了实现TCD1209线阵CCD信号的采集电路,首先采用了14Bit ADC转换器LTC1741的时序图,输入为差分信号,以及差分时钟。但CCD输出的信号为模拟信号,需要单端转差分。同时CPLD输出的ADC转换时钟信号需要转换为差分信号,这部分设计比较重要。

1.1.1. CCD信号单端转差分及仿真

差模又称串模,指的是两根线之间的信号差值;而共模噪声又称对地噪声,指的是两根线分别对地的噪声。差模信号:大小相等,方向相反的信号,共模信号:大小相等,方向相同。由于差模信号大小相等,方向相反,在差分之后,刚好把噪声抵消掉,因此差分对信号有良好的信噪比。

如图 3-2所示,将一正弦波转变成CM为基准电压的差分信号。

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图 3-1 差分信号示意图

这部分电路的实现,需要全差分运放,实现单端(CCD信号)的输入,差分信号的输出,并且基准电压为ADC的基准电压。采用了THS4502(理论上能达到370MHz的切换速度),实现了单端转差分功能,如下图 3-2所示:

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图 3-2 全差分运放波形整形

NI的Multsim提供了强大了模拟电路仿真功能,使得对模拟电路的设计,不用再空洞的纸上谈兵。通过软件的验证,继而PCB电路的设计,板载的调试,提供的电路设计的效率和成功率。

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图 3-3 全差分运放Multsim仿真

Multsim仿真电路图如上所示,CH1黄色为+输入信号,CH2白色为Vout+输出信号,CH3紫色为Vout-输出信号。CH1为2V VPP的正弦波,而CH2,CH3为VOCM=0V的共模信号,由图可见Vout+-Vout-=Vin*R2/R1=Vin。当Vin从+输入时,Vout+与Vin同相位,而Vout-与Vin反相,如下,刚好吻合图 3-4:

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图 3-4 全差分运放仿真波形

1.1.2. CCD整形电路的实现

如图 3-5所示,采用TI的全差分运放THS4502,实现了CCD信号的单端转差分单端转差分,并且基准调节到了2.35V。

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图 3-5 全差分整形电路图

需要注意的是,信号转换后为差分信号,需要查分布线,不然体现不了差分信号的价值!如图 3-6所示,最后设计好的TCD1209驱动板!

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图 3-6 CCD驱动板电路

最后在调试的时候,虽然前期仿真调试都很完美,但是最终发现CCD输出信号太弱,甚至只有几mA级别,都不够驱动运放,以失败而告终。