CCD光电测量综合设计课件

CCD光电测量综合设计指导老师：郑雪丽小组成员：张益达CCD光电测量综合设计指导老师：郑雪丽1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2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目的实现直流电源的设计3实验原理CCD原理（TCD1206）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CCD原理（TCD1206）TCD1206UD是一种4实验原理CCD结构由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CCD结构由2236个pn结光电二极管构成光敏元阵列5实验原理CCD工作原理当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。实验原理CCD工作原理当ΦSH脉冲高电平到来时，正值Φ1电极6设计要求电路设计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电路设计电源部分7设计要求驱动信号由于结构上的安排，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TSH>1118T1SP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设计要求驱动信号由于结构上的安排，OS端首先输出13个虚设单8实现过程设计框图主要工作：电源电路设计CCD器件驱动电路设计实现过程设计框图主要工作：9实现过程设计方案电源部分：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）实现过程设计方案电源部分：10实现过程设计方案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设计方案CCD驱动电路：11实现过程设计过程（电源）实现过程设计过程（电源）12实现过程设计过程（驱动）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设计过程（驱动）在驱动脉冲的作用下，TCD1206U13实现过程电路原理图实现过程电路原理图14实现过程设计过程（PCB布线）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设计过程（PCB布线）在原理图完成之后，进行PCB的15实现过程设计过程（PCB敷铜）Top层Bottom层实现过程设计过程（PCB敷铜）Top层Bottom层16实现过程设计过程（焊接）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设计过程（焊接）贴片电容很小，需要使用镊子，并且注意17实现过程调试结果输入信号SH输入信号Φ1和Φ2

输入信号RS实现过程调试结果输入信号SH输入信号Φ1和Φ218实现过程调试结果有光照时输出信号OS（黄色）DOS（蓝色）无光照时输出信号实现过程调试结果有光照时无光照时19实现过程调试过程问题：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调试过程问题：20实现过程调试过程问题：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调试过程问题：21实现过程调试过程问题：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调试过程问题：22实现过程调试过程问题：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！实现过程调试过程问题：在原理电路图阶段，用网络号大小写字母的23实现过程调试结果解决方法：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调试结果解决方法：24实现过程实验改正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实验改正由于前面出现的种种错误，根源均是设计阶段出现25实现过程实验改正Top层敷铜Bottom层敷铜实现过程实验改正Top层敷铜Bottom层敷铜26分析评价实验总结初步学会了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实验总结初步学会了PCB制作软件AltiumDes27分析评价吸取教训第一：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！分析评价吸取教训第一：细心！细心！