CCD光电测量综合设计指导老师：郑雪丽 小组成员： 张益达目录实验目 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 • 吸取教训实验目的§ 实现直流电源的设计§ 完成TCD1206 CCD器件驱动电路的设计§ 学会用Altium Designer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原理CCDCCD原理（原理（TCD1206TCD1206 ））§ 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CCDCCD结构结构§ 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CCDCCD工作原理工作原理§ 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 电极输出设计要求电路设计电路设计§ 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驱动信号驱动信号§ 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>1118T1§ SP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实现过程设计框图设计框图§ 主要工作：§ 电源电路设计§ CCD器件驱动电路设 计实现过程设计方案设计方案§ 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过程（电源）设计过程（电源）实现过程设计过程（驱动）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电路原理图电路原理图实现过程设计过程（设计过程（PCBPCB布线布线 ））§ 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（设计过程（PCBPCB敷铜敷铜 ））Top层Bottom层实现过程设计过程（焊接）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调试结果调试结果输入信号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调试过程§ 问题：§ Header2*5 P2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Altium Designer 在网络号上不区 分大小写！！！§ 软件Altium Designer 在网络号上不区 分大小写！！！§ 软件Altium Designer 在网络号上不区 分大小写！！！§ 重要的事情说三遍！实现过程调试结果调试结果§ 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实验改正实验改正§ 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实验改正Top层敷铜Bottom层敷铜分析评价实验总结实验总结§ 初步学会了PCB制作软件Altium Designer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吸取教训吸取教训§ 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Altium Designer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！分析评价吸取教训吸取教训§第三：在实验过程中注意总结与检查§在这次时间较长的实验过程中，我们小组的成员并没有对 实验有一个较好的总结与检查，以致于最后的实现阶段出 现了较多的问题§倘若一开始能在设计过程中一边分析一边检查，也不至如 此§希望各位同学以我们为戒！Thank you。