EMCCD相機數字控制系統的VHDL設計

摘 要： 近年來EMCCD被越來越多地用于天文觀測，國內EMCCD 相機的研制和觀測也在加速。介紹了基于TI的EMCCD TC253相機的數字控制系統及其設計方法。首先對TC253以及模擬信號處理器AD9845B的工作原理及控制要求進行了分析。重點介紹了在Quartus Ⅱ的開發環境下，使用VHDL語言與FPGA對該圖像采集系統的數字控制部分進行分析與設計過程，并給出系統仿真波形圖。最后在所設計的硬件電路上進行了測試，給出了關鍵控制信號的實測波形。通過實測時鐘波形與EMCCD器件要求波形的時序比較分析，得出了該實際系統對VHDL程序中信號時序的修正量，從而獲得了滿意的EMCCD驅動時鐘。

關鍵字： CCD； 成像系統； 時序發生器； FPGA； VHDL語言

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）12?0113?05

0 引 言

電荷耦合器件（CCD）現在廣泛應用于天文圖像。傳統的CCD讀出較慢且在高幀率的情況下有很高的讀出噪音，這限制了它在高時間分辨率天文學的應用[1]。21世紀初，英國的E2V公司和美國TI公司各自獨立地研發了一種具有新型讀出結構的CCD器件，即電子倍增CCD（Electron Multiplying Charge Coupled Device），簡記為EMCCD。這是新一代高質量微光成像器件。與傳統的CCD相比，它采用了片上電子增益技術，利用片上增益寄存器使圖像信息在電子轉移過程中得到放大，這使得它在很高的讀出速率下仍具有相對很低的讀出噪聲，能在微光源下高分辨率成像[2]。

EMCCD的這些特性，使得它能對微弱光信號進行快速的成像。近年來EMCCD被越來越多地運用到了天文觀測，國外研究人員采用E2V公司的EMCCD器件L3 VISION CCD設計的相機取得了極好的觀測效果，并進行了光子技術成像實驗[3?4]。……