隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展,科學(xué)級(jí)CCD(Charge Couple Device)由于其具有超高的量子效率、超低的讀出噪聲、高分辨率以及寬光譜響應(yīng)范圍等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種微弱光信號(hào)探測(cè)領(lǐng)域,包括天文觀測(cè),生物發(fā)光,量子光學(xué)等。尤其在天文觀測(cè)中,目前國(guó)內(nèi)外建設(shè)的光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡所應(yīng)用的核心成像設(shè)備均是科學(xué)級(jí)CCD相機(jī)。CCD相機(jī)由包括CCD傳感器的CCD相機(jī)頭和驅(qū)動(dòng)CCD成像及數(shù)據(jù)讀出的CCD控制器組成。CCD控制器是CCD相機(jī)的關(guān)鍵的部分,完成對(duì)CCD芯片的驅(qū)動(dòng)和視頻信號(hào)的讀出,它的性能直接決定了CCD相機(jī)的成像性能。同時(shí)科學(xué)級(jí)CCD芯片價(jià)格昂貴,容易損壞,為了避免CCD造成不必要的損壞,在安裝CCD前必須保證CCD控制器的功能及性能滿足設(shè)計(jì)需求,同時(shí)完成對(duì)CCD控制器的質(zhì)量控制。因此在研發(fā)過程中對(duì)CCD控制器進(jìn)行全面測(cè)試是非常重要的環(huán)節(jié)。根據(jù)不同CCD型號(hào)的差別提出了能適應(yīng)于不同CCD控制器的通用測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì),通過軟硬件配合可以在不安裝CCD芯片的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)CCD控制器的全面的自動(dòng)化測(cè)試。本文基于此需求對(duì)CCD控制器測(cè)試系統(tǒng)展開研究。測(cè)試系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)設(shè)計(jì),是本文研究的重點(diǎn)。在測(cè)試系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了測(cè)試所需的各個(gè)功能模塊,包括對(duì)控制器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)、偏壓信號(hào)、風(fēng)扇信號(hào)、快門信號(hào)、數(shù)字電源進(jìn)行測(cè)試,對(duì)控制器的視頻采樣電路、溫度采樣電路進(jìn)行測(cè)試。在時(shí)鐘測(cè)試模塊中,對(duì)所有時(shí)鐘的時(shí)序以及高低電平進(jìn)行測(cè)試;在偏壓測(cè)試模塊中,對(duì)所有偏壓的電壓值、噪聲值、上電斷電順序進(jìn)行測(cè)試,并完成對(duì)偏壓實(shí)時(shí)的過沖監(jiān)測(cè),避免對(duì)CCD造成損害;測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生仿真CCD視頻波形并根據(jù)軟件設(shè)定疊加不同的隨機(jī)噪聲用于測(cè)試CCD控制器視頻采樣電路的功能及性能。本文針對(duì)不同CCD控制器的測(cè)試設(shè)計(jì)了相應(yīng)的轉(zhuǎn)接板,用于連接測(cè)試系統(tǒng)和待測(cè)試的CCD控制器。在轉(zhuǎn)接板上實(shí)現(xiàn)了測(cè)試接口的統(tǒng)一,通過更換相應(yīng)的轉(zhuǎn)接板測(cè)試系統(tǒng)可以兼容對(duì)所有CCD控制器的測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用于南極CSTAR(Chinese Small Telescope Array)望遠(yuǎn)鏡的CCD相機(jī)控制器進(jìn)行了詳細(xì)的功能、性能測(cè)試以及嚴(yán)格的低溫可靠性測(cè)試。結(jié)果表明CCD控制器的時(shí)鐘產(chǎn)生電路、偏壓產(chǎn)生電路、以及視頻采樣電路功能正常,性能達(dá)到預(yù)期,并且在低溫下具有很好的穩(wěn)定性,滿足在南極的使用要求。本文對(duì)面向不同望遠(yuǎn)鏡研發(fā)的CCD相機(jī)控制器以及CCD驅(qū)動(dòng)讀出ASIC(Application Specific Integrated Circuit)芯片進(jìn)行了測(cè)試。通用測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)極大程度上提高了CCD控制器的測(cè)試效率,降低了CCD芯片損壞的風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)為后續(xù)科學(xué)級(jí)CCD控制器的研發(fā)與測(cè)試提供了諸多的便捷,為CCD控制器自動(dòng)化測(cè)試奠定了基礎(chǔ)。本文通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成了一臺(tái)通用測(cè)試儀器設(shè)備,具有標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試接口以及可供用戶操作的觸摸顯示屏。本論文的主要工作內(nèi)容可歸納為以下幾個(gè)部分:1.基于科學(xué)級(jí)CCD控制器的測(cè)試需求,設(shè)計(jì)完成了CCD控制器通用測(cè)試系統(tǒng)電子學(xué)模塊,包括對(duì)CCD控制器的時(shí)鐘、偏壓、視頻采樣電路、溫度采樣電路、數(shù)字電源、風(fēng)扇信號(hào)以及快門信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。2.針對(duì)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套通信指令協(xié)議,并完成了測(cè)試系統(tǒng)的FPGA固件設(shè)計(jì)。3.完成了通用測(cè)試電子學(xué)系統(tǒng)的整體調(diào)試,并對(duì)實(shí)驗(yàn)室多款科學(xué)級(jí)CCD控制器以及CCD驅(qū)動(dòng)讀出ASIC芯片進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試,達(dá)到了測(cè)試目標(biāo)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN386.5
【部分圖文】：

ＭＯＳ電容器是ＣＣＤ內(nèi)部最基本的單元，它是金屬一氧化物一半導(dǎo)體（ＭＯＳ）??器件結(jié)構(gòu)。首先在Ｐ型或Ｎ型硅襯底上生長(zhǎng)一層約１２０ｎｍ厚的二氧化硅，然后??在二氧化硅薄層上依次沉積金屬電極（柵極），就形成了如圖１．２所示規(guī)律的ＭＯＳ??電容器陣列。通過在ＭＯＳ電容器兩端加上輸入、輸出二極管就形成了?ＣＣＤ芯??片。由于半導(dǎo)體內(nèi)的光生伏特效應(yīng)［２］，當(dāng)光子入射時(shí)，ＭＯＳ電容器中的半導(dǎo)體材??料會(huì)激發(fā)出電子。當(dāng)向二氧化硅表面的金屬電極上施加正向偏壓ＵＧ時(shí)，如果ＵＧ??大于閾值電壓Ｕｔｈ，將會(huì)在硅襯底中形成耗盡區(qū)，即所謂的勢(shì)阱。通過對(duì)ＵＧ進(jìn)行??一定順序的控制，可以將電荷從一個(gè)像元轉(zhuǎn)移到另一個(gè)像元，直到全部電荷包轉(zhuǎn)??９??

圖１．２?ＣＣＤ的ＭＯＳ電容器??下面以典型的三相ＣＣＤ電荷轉(zhuǎn)移過程為例進(jìn)行介紹。當(dāng)柵極①施加１０Ｖ的??電壓時(shí)，電荷積累在其襯底下形成勢(shì)阱如圖１．３?（ａ）所示。隨后，當(dāng)柵極①和②??同時(shí)施加１０Ｖ的電壓時(shí)，會(huì)在其共同的襯底中產(chǎn)生一個(gè)新勢(shì)阱，存放著原來積??聚在柵極①勢(shì)阱中的電荷，如圖１．３?（ｂｅ）所示。當(dāng)柵極①施加的電壓從１０Ｖ變??為２Ｖ時(shí)，勢(shì)阱再次發(fā)生變化同時(shí)伴隨著電荷從柵極①勢(shì)阱轉(zhuǎn)移到柵極②勢(shì)阱，??如圖１．３?（ｄｅ）所示。對(duì)于三相ＣＣＤ，每一個(gè)像元都由共同的三個(gè)時(shí)鐘控制，即??０１、＜＆２、０３，如圖１．３?（ｆ）所示。當(dāng)ＯＫ?（Ｄ２、０３進(jìn)行規(guī)律的時(shí)序變換時(shí)，所??有像元內(nèi)積聚的電荷都將同時(shí)轉(zhuǎn)移到下一像元，最后轉(zhuǎn)移到輸出級(jí)依次輸出。??③?①？?？?？?③??２Ｖ１０Ｖ?２Ｖ?２Ｖ?２Ｖ１０Ｖ?２－１０Ｖ２Ｖ?２Ｖ１０Ｖ１０Ｖ２Ｖ??—?義）講??①②③?①＠③??２Ｖ１０Ｖ－＾２Ｖ１０Ｖ２Ｖ?２Ｖ?２Ｖ１０Ｖ?２Ｖ?，??９?９?９?９?叫－ｒｏｊ＾??電荷移動(dòng)??（ｄ）?（ｅ）?（ｆｌ??圖１．３三相ＣＣＤ中電荷的轉(zhuǎn)移過程??圖１．４左是ＣＣＤ片內(nèi)的輸出結(jié)構(gòu)

／ｙ／?Ｍｏｓ電容器??入射光??圖１．２?ＣＣＤ的ＭＯＳ電容器??下面以典型的三相ＣＣＤ電荷轉(zhuǎn)移過程為例進(jìn)行介紹。當(dāng)柵極①施加１０Ｖ的??電壓時(shí)，電荷積累在其襯底下形成勢(shì)阱如圖１．３?（ａ）所示。隨后，當(dāng)柵極①和②??同時(shí)施加１０Ｖ的電壓時(shí)，會(huì)在其共同的襯底中產(chǎn)生一個(gè)新勢(shì)阱，存放著原來積??聚在柵極①勢(shì)阱中的電荷，如圖１．３?（ｂｅ）所示。當(dāng)柵極①施加的電壓從１０Ｖ變??為２Ｖ時(shí)，勢(shì)阱再次發(fā)生變化同時(shí)伴隨著電荷從柵極①勢(shì)阱轉(zhuǎn)移到柵極②勢(shì)阱，??如圖１．３?（ｄｅ）所示。對(duì)于三相ＣＣＤ，每一個(gè)像元都由共同的三個(gè)時(shí)鐘控制，即??０１、＜＆２、０３，如圖１．３?（ｆ）所示。當(dāng)ＯＫ?（Ｄ２、０３進(jìn)行規(guī)律的時(shí)序變換時(shí)，所??有像元內(nèi)積聚的電荷都將同時(shí)轉(zhuǎn)移到下一像元，最后轉(zhuǎn)移到輸出級(jí)依次輸出。??③?①？?？?？?③??２Ｖ１０Ｖ?２Ｖ?２Ｖ?２Ｖ１０Ｖ?２－１０Ｖ２Ｖ?２Ｖ１０Ｖ１０Ｖ２Ｖ??—?義）講??①②③?①＠③??２Ｖ１０Ｖ－＾２Ｖ１０Ｖ２Ｖ?２Ｖ?２Ｖ１０Ｖ?２Ｖ?
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 夏磊;劉毅;周靖宇;;自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通用測(cè)試平臺(tái)技術(shù)研究[J];電子測(cè)試;2017年12期

2 索中英;王麗;肖明清;;在通用測(cè)試平臺(tái)中基于小波包的信號(hào)測(cè)試研究[J];微計(jì)算機(jī)信息;2006年16期

3 ;通用測(cè)試為3G研發(fā)助力[J];通訊世界;2000年09期

4 劉收;;平流層飛艇地面通用測(cè)試原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2016年07期

5 荀永明;研討通用測(cè)試技術(shù)、助推測(cè)試設(shè)備的發(fā)展[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2005年08期

6 胡宇;文永康;;軍用飛機(jī)電子設(shè)備通用測(cè)試平臺(tái)[J];科學(xué)家;2015年11期

7 查光東;;機(jī)載火控系統(tǒng)通用測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2009年01期

8 王玉芬;;智能型轉(zhuǎn)轍機(jī)通用測(cè)試臺(tái)的研制[J];鐵道通信信號(hào);2009年06期

9 許友林,崔俊榮,陳曉明;艦船機(jī)電設(shè)備通用測(cè)試分析儀[J];中國(guó)儀器儀表;2001年03期

10 王建國(guó),吳建平;分布式通用測(cè)試結(jié)構(gòu)的形式化研究[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2000年09期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張毅;面向科學(xué)級(jí)CCD控制器的通用測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

2 殷允浩;飛行器平臺(tái)管理分系統(tǒng)地面通用測(cè)試軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2018年

3 晁陽(yáng);高速航天視頻設(shè)備通用測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

4 何鵬程;光電設(shè)備通用測(cè)試系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2007年

5 肖英;面向航天地面應(yīng)用領(lǐng)域軟件通用測(cè)試平臺(tái)研究與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2009年

6 李強(qiáng);基于虛擬儀器的航電系統(tǒng)通用測(cè)試平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)[D];上海交通大學(xué);2015年

7 馬娜;GIS公眾軟件通用測(cè)試點(diǎn)庫(kù)的研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2010年

8 郝君;舵機(jī)便攜式通用測(cè)試平臺(tái)的研究[D];中北大學(xué);2014年

9 張芳蘭;遠(yuǎn)程測(cè)試與診斷系統(tǒng)之通用測(cè)試子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

10 于海;電力規(guī)約通用測(cè)試系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];南京信息工程大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2871797