高速面陣CCD KAI-01050功率驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案（二）

2.4 電子快門驅(qū)動(dòng)電路

　　KAI-01050 CCD 為防止強(qiáng)光溢出提供一種結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)溢出保護(hù)和曝光時(shí)間可調(diào)節(jié)。溢出保護(hù)功能通過(guò)加在器件襯底的直流電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，若足夠大的電壓脈沖（峰值為29~40 V）加到襯底，所有光電二極管內(nèi)電荷被抽空，隨后開(kāi)始光積分階段，實(shí)現(xiàn)電子快門功能。

　　KAI-01050 的電子快門電壓要求如圖4所示，要求加到襯底上的直流電壓為VSUB，VSUB 的典型值為VAB，每個(gè)CCD芯片VAB可能不同，標(biāo)注在CCD的包裝上，為5~15 V之間的值，在電子快門期間襯底上的電壓瞬間變?yōu)閂ES（電壓值為29~40 V），電壓脈沖的最小寬度為1 μs.如果采用通常的CCD 驅(qū)動(dòng)電路，很難實(shí)現(xiàn)這樣高電壓、窄脈沖信號(hào)，為此設(shè)計(jì)采用兩個(gè)互補(bǔ)高速三極管輪流開(kāi)關(guān)工作來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓脈沖電子快門信號(hào)的驅(qū)動(dòng)。原理如圖5所示電路，此電路中暫設(shè)VAB為8 V.

　　首先時(shí)序發(fā)生單元的時(shí)序信號(hào)經(jīng)過(guò)電容C1和C2耦合到兩個(gè)電阻鉗位端，兩個(gè)電阻R1 和R2 用于把電容耦合過(guò)來(lái)的信號(hào)鉗位到固定的電平。這樣產(chǎn)生的兩個(gè)信號(hào)就用于控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)三極管的導(dǎo)通與截止。兩個(gè)互補(bǔ)的三極管的集電極接在一起作為開(kāi)關(guān)輸出。當(dāng)加在Q2基極的控制信號(hào)向上擺動(dòng)時(shí)，三極管Q2就會(huì)導(dǎo)通，而這時(shí)加在Q1 基極的信號(hào)恰處在高電平期間，因而三極管Q1截止，所以輸出到負(fù)載C3的信號(hào)為低電平。同理，當(dāng)加在Q2基極的控制信號(hào)為低電平時(shí)，三極管Q2截止，而這時(shí)加在Q1基極的信號(hào)恰以高電平向下擺動(dòng)，因而三極管Q1導(dǎo)通，所以輸出到負(fù)載C3的信號(hào)為高電平。

　　因此，這兩個(gè)三極管組成的電路為反相驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路輸出經(jīng)電容C3 耦合到D1 的鉗位電路，D1 的作用是將輸出信號(hào)的低電平鉗位到VSUB（本電路中取值為8 V）。經(jīng)鉗位電路后產(chǎn)生最后的電子快門信號(hào)。

　　利用Cadence軟件集成PSpice工具對(duì)圖5所示的電路進(jìn)行仿真，仿真的輸入波形高脈沖寬度選擇為電子快門要求的最小寬度1 μs.為看到仿真波形的細(xì)節(jié)，輸入波形的周期（為電子快門的周期，在實(shí)際使用中為可調(diào)周期）選擇較短的20 μs.鉗位電壓VSUB 取值為8 V，可以取5~15 V 之間的任何值，實(shí)際中以CCD 器件包裝上標(biāo)注的VAB值為準(zhǔn)。CCD電子快門輸入管腳的等效負(fù)載電容為400 pF，為驗(yàn)證此電路驅(qū)動(dòng)能力是否滿足要求，此電路中加如了容值為400 pF 的C4模擬CCD的等效電容負(fù)載。仿真結(jié)果如圖6所示。

　　圖中下方曲線為輸入波形，上方曲線為輸出波形。

　　由輸出波形可知，高脈沖寬度與輸入一致，未出現(xiàn)失真，低電平為8 V，高電平為34 V，滿足29 V≤VES≤40 V的要求。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

　　根據(jù)以上原理，設(shè)計(jì)了KAI-01050 的驅(qū)動(dòng)電路，并進(jìn)行了測(cè)試。圖7為水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的測(cè)試波形圖，驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率為40 MHz，幅值-4~0 V，上升沿與下降沿時(shí)間僅為1.8 ns左右，符合CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序要求。