[实用新型]一种低分辨率ADC实现高分辨率模数转换的系统

说明书

技术领域

本实用新型属电学领域，涉及一种模数转换系统，尤其涉及一种针对CCD相机利用低分辨率ADC实现高分辨率模数转换的系统。

背景技术

CCD相机现已广泛应用于天文探测，其光谱范围覆盖300nm-1100nm之间。为了充分利用CCD探测器的动态范围，在设计CCD信号处理电路选择ADC时，应尽量满足ADC的动态范围大于CCD的动态范围。目前的CCD尤其科学级CCD的动态范围高达10⁵∶1，甚至10⁶∶1，此时若要满足DR_ADC≥DR_CCD，则必须选择分辨率为18-20bit的ADC。而高等级、高性能的高分辨率ADC较少且价格昂贵，所以在信号处理电路中，通常出现以下两种情况：

1)牺牲了CCD高端动态范围，保证了相机的灵敏度，即相机系统通道增益小(系统通道增益G定义为相机系统每读出一个ADC量化单位所对应的电子数)；

2)牺牲了相机的灵敏度，保证了CCD的高端动态范围。

CCD相机系统区别于其他信号处理系统最根本的不同点是它的噪声谱密度跟信号大小有密切关系。CCD相机系统噪声主要由光子噪声、复位噪声、暗信号噪声和读出噪声组成。其中，暗信号噪声可以通过对CCD器件进行制冷，使暗信号噪声减小。而光子噪声和信号大小息息相关。当CCD探测大信号时，光子噪声为CCD相机系统的主要噪声；当CCD探测小信号时，读出噪声为CCD相机系统的主要噪声。

根据CCD相机系统噪声特性，用低分辨率模数转换器ADC实现高分辨率的模数转换，主要是通过粗细量化的思想来实现。当采用n bit高分辨ADC进行模数转换时，系统通道增益为：

G=SFW2n(e-/LSB),]]>其中S_FW为满阱电荷容量。

当采用(n-m)bit的低分辨率ADC进行模数转换，并采用粗细量化的思想，系统通道增益G为：

大信号探测时，系统通道增益G_大：

其中S_FW为满阱电荷容量。

小信号探测时，将其放大2^m倍后，系统通道增益G₄

其中S_FW为满阱电荷容量。

当大信号探测时，直接采用低分辨率ADC进行转换，会使系统通道增益增加，相机的探测灵敏度降低，但由于此时信号较强，光子噪声为主要噪声，因此不会影响相机对大信号的探测；当小信号探测时，将信号放大2^m倍后，再用(n-m)bit的低分辨率ADC进行模数转换时的系统通道增益与采用nbit高分辨ADC进行模数转换的相同，相机的探测灵敏度并未由于ADC分辨率的降低而降低，从而保证了小信号探测时的精度。

对于低分辨率ADC实现高分辨率模数转换的传统方法是：用一个(n-m)bit低分辨率ADC，一个放大电路和一个模拟开关实现高分辨率模数转换，参见图1所示。该方案首先将经模拟前端处理后的CCD视频信号，与设定的阈值进行模拟比较，判断是强光信号还是弱光信号；然后根据判断结果选择相应的放大电路进行放大，同时将所选的放大倍数送给数据处理单元；数据处理单元根据提供的放大倍数对ADC转换的(n-m)位数据进行相应的数据处理。该方案需要进行模拟比较，模拟比较会引起数据传输链路中的延时。而且电路中需增加增益数据线，将所选的放大倍数送给数据处理单元，以备数据处理单元正确地处理数据所用。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种延迟小、传输速率高、抗干扰能力强、信噪比高以及应用范围广的针对CCD相机低分辨率ADC实现高分辨率模数转换的实现系统。