【摘要】：在對(duì)宇宙的不斷探索中,對(duì)太陽系外類地行星進(jìn)行搜索發(fā)現(xiàn),已經(jīng)成為當(dāng)今國際天文學(xué)研究的熱點(diǎn)。獲得太陽系外行星圖像是確認(rèn)它們存在的間接證據(jù),作為更廣泛的光譜研究的前奏,并且是朝著獲得太陽系外行星表面的解析空間成像的遠(yuǎn)期未來目標(biāo)邁出的第一步。所以,CCD作為太陽系外行星圖像采集的重要載體,對(duì)它的研究與使用將具有重要的科學(xué)意義。本文基于項(xiàng)目指標(biāo)要求和CCD成像的工作原理,設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的全幀轉(zhuǎn)移型科學(xué)級(jí)CCD(TH7888A)低噪聲成像系統(tǒng)。研究工作主要包含CCD低噪聲成像系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)及其驅(qū)動(dòng)時(shí)序的產(chǎn)生,具體研究內(nèi)容如下:1)設(shè)計(jì)了一款基于FPGA的CCD低噪聲讀出電路設(shè)計(jì)。通過使用Proteus對(duì)成像系統(tǒng)的讀出電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)及仿真測(cè)試。并計(jì)算得到低噪聲讀出電路的信噪比,驗(yàn)證了成像電路設(shè)計(jì)的合理性。2)設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單且性能穩(wěn)定的科學(xué)級(jí)CCD低噪聲成像電路。以E2V公司的科學(xué)級(jí)CCD(TH7888A)作為成像系統(tǒng)的核心器件設(shè)計(jì)的低噪聲成像電路包括:CCD外圍電路,AD外圍電路,低噪聲電源產(chǎn)生電路,Camera Link硬件接口電路等處理模塊。通過各個(gè)模塊的協(xié)調(diào)工作,搭建了信號(hào)處理的硬件環(huán)境。3)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于FPGA的低噪聲時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生模塊。CCD低噪聲成像系統(tǒng)的時(shí)序產(chǎn)生模塊主要包括:TH7888A的驅(qū)動(dòng)時(shí)序,AD的寄存器配置時(shí)序及采樣時(shí)序,FIFO存儲(chǔ)器的配置等。根據(jù)各個(gè)模塊之間的工作時(shí)序邏輯關(guān)系,進(jìn)行相應(yīng)的邏輯設(shè)計(jì),最終得到所需的相互關(guān)聯(lián)的低噪聲邏輯時(shí)鐘信號(hào)。4)對(duì)整個(gè)低噪聲成像電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在實(shí)際環(huán)境中搭建了測(cè)試平臺(tái),對(duì)成像系統(tǒng)的硬件電路及低噪聲邏輯時(shí)序都進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,各個(gè)功能模塊電路都實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求,產(chǎn)生的低噪聲邏輯時(shí)序也都符合實(shí)際需求,并最終實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸與顯示。
【圖文】：

像傳感器的噪聲特性，通過現(xiàn)有的降噪技術(shù)設(shè)計(jì)了一款C面陣CCD(TH7888A)的輸出信號(hào)的性能進(jìn)行了詳細(xì)的分析差分雙相關(guān)采樣技術(shù)的低噪聲讀出電路[27][28]。由于TH7聲小，符合課本章需求。除此之外，，它的輸出信號(hào)是非常幾百毫伏，因此處理難度非常大�？梢哉f，成像系統(tǒng)成像決于相應(yīng)的讀出電路的性能。電路設(shè)計(jì)中，分析了 TH7888A 的工作原理和輸出信號(hào)特波形如圖 4 所示，從圖 4 可以看出，CCD 輸出信號(hào)的波的特征。所以，本設(shè)計(jì)將 CCD 圖像傳感器的輸出信號(hào)作過去高直流電路，可調(diào)放大倍率放大電路，巴特沃斯低樣電路等實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化。從而使 CCD 輸出信號(hào)從轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行后聲、高信噪比讀出電路的設(shè)計(jì)流程圖如圖 5 所示。

西北大學(xué)碩士專業(yè)學(xué)位論文圖 5 低噪聲、高信噪比讀出電路的流程圖電路中每個(gè)功能電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。8A）的輸出信號(hào)中會(huì)包含一個(gè)高的直流基準(zhǔn)電傳感器的復(fù)位電壓和環(huán)境溫度所決定的，而有伏。為了防止有效的數(shù)據(jù)信號(hào)淹沒在高的直流電高直流電路設(shè)計(jì)。本電路采用低噪聲運(yùn)放 AD8算，以便去除疊加在信號(hào)中的復(fù)位電平。去高
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN70;P111

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本文編號(hào)：2605662