本發(fā)明涉及電子產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種線性CCD信號(hào)放大電路結(jié)構(gòu)及其放大實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。其工作原理是：光敏元在受到外界光照時(shí)可以產(chǎn)生電荷，該電荷被存儲(chǔ)在MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)單元中，而產(chǎn)生電荷的多少與光的強(qiáng)度和照射時(shí)間成正比，在一定時(shí)序的外加電路驅(qū)動(dòng)下，CCD存儲(chǔ)的電荷可以順序移出。在CCD應(yīng)用過(guò)程中，除了其驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路比較復(fù)雜外，其輸出的模擬信號(hào)的后級(jí)處理也很重要，直接影響圖像質(zhì)量，因此，后級(jí)電路的設(shè)計(jì)成為模數(shù)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。

現(xiàn)有的技術(shù)對(duì)線性CCD的輸出模擬信號(hào)主要處理的方法如下：1、使用專業(yè)IC處理，其成本比較高，也有采用分立器件實(shí)現(xiàn)的，普遍存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較低，同時(shí)占用了太多電路空間。2、簡(jiǎn)單的跟隨輸出處理(類似三極管射級(jí)跟隨)，由于沒(méi)有對(duì)信號(hào)做相應(yīng)放大處理，只是做了簡(jiǎn)單阻抗變化，很容易受到干擾(比如電源，本身CCD工藝問(wèn)題等)，造成數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確。3、直接放大處理，由于線性CCD輸出的信號(hào)中有直流信號(hào)，直接放大處理除了放大小信號(hào)外，同時(shí)也放大了直流信號(hào)，導(dǎo)致后級(jí)采集變得困難，電源方面要求也比較高，造成電路復(fù)雜，成本變高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題之一，在于提供一種線性CCD信號(hào)放大電路結(jié)構(gòu)，電路精簡(jiǎn)、性能可靠、成本低的特點(diǎn)，能夠有效解決結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、設(shè)計(jì)成本高的問(wèn)題。

本發(fā)明問(wèn)題之一是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種線性CCD信號(hào)放大電路結(jié)構(gòu)，所述電路結(jié)構(gòu)包括直流參考電平輸入電路、CCD信號(hào)放大電路、濾波電路、以及AD采集器；所述直流參考電平輸入電路、CCD信號(hào)放大電路、濾波電路、AD采集器依次連接；所述CCD信號(hào)放大電路包括電阻R3、電阻R4、電容C2、以及運(yùn)算放大器U1A；所述直流參考電平輸入電路與所述電阻R3連接，所述電容C2與電阻R4并聯(lián)后與所述電阻R3串聯(lián)；所述濾波電路與所述運(yùn)算放大器U1A的第1引腳連接，所述電容C2兩端分別連接運(yùn)算放大器U1A的第1引腳和第2引腳，所述線性CCD輸出信號(hào)CCD_OS與所述運(yùn)算放大器U1A的第3引腳連接。

進(jìn)一步的，所述直流參考電平輸入電路包括運(yùn)算放大器U1B、電阻R1、以及電阻R2；所述電阻R1、電阻R2一端均與所述運(yùn)算放大器U1B的第5引腳連接，所述電阻R1、電阻R2的另一端分別連接電源、信號(hào)地；所述運(yùn)算放大器U1B的第6、7引腳均與所述電阻R3連接。

進(jìn)一步的，所述濾波電路包括電阻R5、電容C3以及電容C1，所述電阻R5與所述運(yùn)算放大器U1A的第1引腳連接，所述AD采集器與所述電阻R5連接，所述電容C3一端與所述電阻R5連接，電容C3另一端與所述信號(hào)地連接；所述電容C1與所述運(yùn)算放大器U1B的第8引腳連接。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題之二，在于提供一種線性CCD信號(hào)放大實(shí)現(xiàn)方法，電路精簡(jiǎn)、性能可靠、成本低的特點(diǎn)，能夠有效解決結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、設(shè)計(jì)成本高的問(wèn)題。

本發(fā)明問(wèn)題之二是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種線性CCD信號(hào)放大實(shí)現(xiàn)方法，所述方法需提供：直流參考電平輸入電路、CCD信號(hào)放大電路、濾波電路、以及AD采集器；所述方法為：通過(guò)直流參考電平輸入電路將電源VDD電壓進(jìn)行分壓和放大運(yùn)算后得到一直流電壓參考值Vref；所述CCD信號(hào)放大電路根據(jù)直流電壓參考值Vref將線性CCD輸出的小信號(hào)電壓進(jìn)行放大的同時(shí)，避免放大CCD直流信號(hào)，除去直流信號(hào)的影響，將放大后的小信號(hào)電壓和CCD直流信號(hào)通過(guò)濾波電路進(jìn)行濾除高頻信號(hào)，最后AD采集器進(jìn)行采集。

進(jìn)一步的，所述方法進(jìn)一步為：所述直流參考電平輸入電路包括運(yùn)算放大器U1B、電阻R1、以及電阻R2；所述CCD信號(hào)放大電路包括電阻R3、電阻R4、電容C2、以及運(yùn)算放大器U1A；所述濾波電路包括電阻R5、電容C3以及電容C1；所述線性CCD輸出的信號(hào)CCD_OS是直流信號(hào)疊加小信號(hào)，即直流信號(hào)為Vos，小信號(hào)為Vi；信號(hào)CCD_OS為Vos+Vi；所述CCD信號(hào)放大電路根據(jù)直流電壓參考值Vref將線性CCD輸出的小信號(hào)電壓進(jìn)行放大的同時(shí)，避免放大CCD直流信號(hào)，除去直流信號(hào)的影響，則最后運(yùn)算放大器U1A運(yùn)算放大輸出的信號(hào)為AMP_OS，該AMP_OS的值為Vamp＝(1+Rf)(Vos+Vi)-Vref*Rf，其中Rf＝R4/R3，Vref＝電源VDD*R2/R1+R2；簡(jiǎn)化這個(gè)公式Vamp＝(1+Rf)Vi+(Vos-Vref)Rf；該公式得知小信號(hào)Vi被放大了(1+Rf),而輸出的直流信號(hào)為CCD器件本身直流電平Vos與參考電壓Vref差值的Rf倍。

進(jìn)一步的，所述直流參考電平輸入電路工作原理具體為：電源VDD經(jīng)過(guò)直流參考電平輸入電路的電阻R1和R2比例分壓，產(chǎn)生所需要的電壓Vf，輸入到運(yùn)算放大器U1B的正輸入端，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器U1B的跟隨輸出，得到直流電壓參考值Vref作為后級(jí)運(yùn)算放大器U1A的直流參考電平輸入。

進(jìn)一步的，所述CCD信號(hào)放大電路工作原理具體為：所述信號(hào)CCD_OS是線性CCD輸出的信號(hào)，輸入到運(yùn)算放大器U1A的正輸入端，直流電壓參考值Vref通過(guò)電阻R3輸入到運(yùn)算放大器U1A的負(fù)輸入端；電容C2和電阻R4是并聯(lián)跨接在運(yùn)算放大器U1A的輸出端和負(fù)輸入端之間；電容C2為提供一個(gè)高頻交流負(fù)反饋通道來(lái)降低系統(tǒng)的高頻增益，電阻R4和R3組成信號(hào)放大的增益。

進(jìn)一步的，所述濾波電路工作原理具體為：其中運(yùn)算放大器U1A輸出的信號(hào)AMP_OS經(jīng)過(guò)電阻R5和電容C3，輸入到AD采集器的輸入端；電阻R5，電容C3組成一個(gè)的RC濾波器，進(jìn)一步濾除高頻信號(hào)；而電容C1是放置在運(yùn)算放大器U1B電源輸入端，用作去耦，去除電源中噪聲，使運(yùn)算放大器U1B的輸入電源更穩(wěn)定。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：現(xiàn)有技術(shù)多數(shù)，缺點(diǎn)是要么電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用電路空間，要么成本高；本發(fā)明采用最基本的電子元器件，如電阻、電容、運(yùn)算放大器等，以最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了線性CCD輸出信號(hào)的放大處理。本發(fā)明在對(duì)CCD輸出的信號(hào)放大時(shí)，引入?yún)⒖贾绷麟妷?，使得在盡可能的放大CCD輸出的小信號(hào)的同時(shí)，去除了直流信號(hào)的影響，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是器件構(gòu)成簡(jiǎn)單、成本低、占用電路空間小，電路穩(wěn)定可靠。

附圖說(shuō)明

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1所示，一種線性CCD信號(hào)放大電路結(jié)構(gòu)，所述電路結(jié)構(gòu)包括直流參考電平輸入電路10、CCD信號(hào)放大電路20、濾波電路30、以及AD采集器40；所述直流參考電平輸入電路10、CCD信號(hào)放大電路20、濾波電路30、AD采集器40依次連接；所述CCD信號(hào)放大電路20包括電阻R3、電阻R4、電容C2、以及運(yùn)算放大器U1A；所述直流參考電平輸入電路10與所述電阻R3連接，所述電容C2與電阻R4并聯(lián)后與所述電阻R3串聯(lián)；所述濾波電路3與所述運(yùn)算放大器U1A的第1引腳連接，所述電容C2兩端分別連接運(yùn)算放大器U1A的第1引腳和第2引腳，所述線性CCD輸出信號(hào)CCD_OS與所述運(yùn)算放大器U1A的第3引腳連接。引入?yún)⒖贾绷麟妷?，使得在盡可能的放大CCD輸出的小信號(hào)的同時(shí)，去除了直流信號(hào)的影響。

所述直流參考電平輸入電路10包括運(yùn)算放大器U1B、電阻R1、以及電阻R2；所述電阻R1、電阻R2一端均與所述運(yùn)算放大器U1B的第5引腳連接，所述電阻R1、電阻R2的另一端分別連接電源、信號(hào)地；所述運(yùn)算放大器U1B的第6、7引腳均與所述電阻R3連接。

所述濾波電路30包括電阻R5、電容C3以及電容C1，所述電阻R5與所述運(yùn)算放大器U1A的第1引腳連接，所述AD采集器與所述電阻R5連接，所述電容C3一端與所述電阻R5連接，電容C3另一端與所述信號(hào)地連接；所述電容C1與所述運(yùn)算放大器U1B的第8引腳連接。

本發(fā)明的一種線性CCD信號(hào)放大實(shí)現(xiàn)方法，所述方法需提供：直流參考電平輸入電路、CCD信號(hào)放大電路、濾波電路、以及AD采集器；所述方法為：通過(guò)直流參考電平輸入電路將電源VDD電壓進(jìn)行分壓和放大運(yùn)算后得到一直流電壓參考值Vref；所述CCD信號(hào)放大電路根據(jù)直流電壓參考值Vref將線性CCD輸出的小信號(hào)電壓進(jìn)行放大的同時(shí)，避免放大CCD直流信號(hào)，除去直流信號(hào)的影響，將放大后的小信號(hào)電壓和CCD直流信號(hào)通過(guò)濾波電路進(jìn)行濾除高頻信號(hào)，最后AD采集器進(jìn)行采集。

所述方法進(jìn)一步為：所述直流參考電平輸入電路包括運(yùn)算放大器U1B、電阻R1、以及電阻R2；所述CCD信號(hào)放大電路包括電阻R3、電阻R4、電容C2、以及運(yùn)算放大器U1A；所述濾波電路包括電阻R5、電容C3以及電容C1；所述線性CCD輸出的信號(hào)CCD_OS是直流信號(hào)疊加小信號(hào)，即直流信號(hào)為Vos，小信號(hào)為Vi；信號(hào)CCD_OS為Vos+Vi；所述CCD信號(hào)放大電路根據(jù)直流電壓參考值Vref將線性CCD輸出的小信號(hào)電壓進(jìn)行放大的同時(shí)，避免放大CCD直流信號(hào)，除去直流信號(hào)的影響，則最后運(yùn)算放大器U1A運(yùn)算放大輸出的信號(hào)為AMP_OS，該AMP_OS的值為Vamp＝(1+Rf)(Vos+Vi)-Vref*Rf，其中Rf＝R4/R3，Vref＝電源VDD*R2/R1+R2；簡(jiǎn)化這個(gè)公式Vamp＝(1+Rf)Vi+(Vos-Vref)Rf；從這個(gè)公式可以看出小信號(hào)被放大了(1+Rf),而輸出的直流信號(hào)為CCD器件本身直流電平Vos與參考電壓Vref差值的Rf倍。電路的目的是要盡可能的放大小信號(hào)，如果直接把CCD的直流信號(hào)和小信號(hào)同時(shí)放大，則需要更高的電源，同時(shí)也給最后AD采集造成困難(比如超出量程)，整個(gè)電路設(shè)計(jì)就會(huì)非常復(fù)雜。本設(shè)計(jì)的巧妙之處就是增加了參考電壓Vref的輸入，不僅可以盡可能放大小信號(hào)的增益，又可以有效的減小直流信號(hào)的放大。

直流參考電平輸入電路設(shè)計(jì)：直流參考電壓Vref是由運(yùn)算放大器U1B，電阻R1，電阻R2等構(gòu)成。電源VDD經(jīng)過(guò)電阻R1和R2比例分壓，產(chǎn)生所需要的電壓Vf，輸入到運(yùn)算放大器U1B的正輸入端，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器U1B的跟隨輸出，得到直流電壓參考值Vref作為后級(jí)運(yùn)算放大器U1A的直流參考電平輸入。之所以用運(yùn)算放大器做Vf的電壓跟隨，主要是進(jìn)一步降低輸出阻抗，提高參考電壓Vref的帶負(fù)載能力和穩(wěn)定性。這個(gè)參考電壓Vref的選擇很重要，關(guān)系到后級(jí)放大倍數(shù)的選取。如何選取這個(gè)參考電平，需要根據(jù)線性CCD器件規(guī)格參數(shù)中的提供的直流電壓參數(shù)，從而選取合適比例的電阻R1和R2，從電源VDD獲得合適電壓Vf。

CCD信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)：放大電路由電阻R3、電阻R4、電容C2、運(yùn)算放大器U1A等構(gòu)成。附圖1中CCD_OS是線性CCD輸出的信號(hào)，輸入到運(yùn)算放大器U1A的正輸入端，直流電壓參考值Vref通過(guò)電阻R3輸入到運(yùn)算放大器U1A負(fù)輸入端。電容C2和電阻R4是并聯(lián)跨接在運(yùn)算放大器U1A的輸出端和負(fù)輸入端之間。電容C2，容值一般比較小，主要是為提供一個(gè)高頻交流負(fù)反饋通道來(lái)降低系統(tǒng)的高頻增益，電阻R4和R3組成信號(hào)放大的增益。假設(shè)Rf＝R4/R3，該放大電路的放大的倍數(shù)為A＝1+Rf。

濾波電路設(shè)計(jì)：濾波電路由電阻R5，電容C3，電容C1構(gòu)成。其中運(yùn)算放大器輸出的信號(hào)AMP_OS經(jīng)過(guò)電阻R5和電容C3，輸入到AD采集的輸入端。電阻R5，電容C3組成一個(gè)簡(jiǎn)易的RC濾波器，進(jìn)一步濾除高頻信號(hào)。而電容C1是放置在運(yùn)算放大器U1B電源輸入端，用作去耦，去除電源中噪聲，使運(yùn)算放大器U1B的輸入電源更穩(wěn)定。

總之，本發(fā)明僅采用最基本的電子元器件，如電阻、電容、運(yùn)算放大器等，以最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)線性CCD輸出信號(hào)的放大處理；本發(fā)明最為關(guān)鍵和獨(dú)到的是在放大電路中，引入直流電壓參考值，使得盡可能大的放大CCD輸出的小信號(hào)電壓，避免了同時(shí)放大直流信號(hào)，造成后級(jí)采集電路和電源的復(fù)雜，另外經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的阻抗變換，進(jìn)一步降低輸出電阻，方便后級(jí)AD數(shù)據(jù)的采集處理。本發(fā)明具有電路精簡(jiǎn)、性能可靠、成本低的特點(diǎn)，能夠有效解決結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、設(shè)計(jì)成本高的問(wèn)題。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實(shí)施例只是說(shuō)明性的，而不是用于對(duì)本發(fā)明的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。