[实用新型]一种低功耗EMCCD高压正弦驱动信号发生电路

说明书

本实用新型公开了一种低功耗EMCCD高压正弦驱动信号发生电路，包括二级线圈、NMOS管、LCR振荡电路与二极管；方波时序信号输入NMOS管的栅极，NMOS管的漏极与初级线圈输入端连接；二级线圈次级线圈输出端经LCR振荡回路输出正弦波，通过控制二级线圈初级回路的输入电压调整输出的正弦波高电平；通过调整二极管的偏置电压调整输出的正弦波低电平；通过控制NMOS管栅极驱动信号频率、相位调整正弦波信号的频率、相位；通过调整驱动信号的占空比和LCR回路的电容C调整正弦波波形。简化了高压正弦波驱动信号的产生，功耗低、结构简单、调整方便；可用于EMCCD器件的高压增益驱动，实现电子倍增，从而实现信号的放大。

技术领域

本实用新型涉及一种EMCCD驱动信号发生电路，属于电子技术领域。

背景技术

电子倍增电子耦合器件(Electron Multiplying Charge Couple Device，EMCCD)在传统CCD水平转移寄存器之后增加了增益移位寄存器，使得信号电荷在转移的过程中发生碰撞电离，从而实现了信号电荷的放大。为了实现电荷的碰撞电离，增益寄存器栅极上需施加一个低电平4V，高电平20V～40V可调的驱动信号。目前，广泛采用的电路结构有推挽输出的方波驱动电路，数字频率合成器DDS和变压器组成的正弦波驱动电路两种。然而，推挽输出结构的方波驱动电路随着电压与频率的增大，功耗急剧增加，功率MOS管发热现象严重，在11MHz、40V条件下，带负载后电路功耗接近3W，这限制了电路的可靠性与使用寿命。DDS和变压器组成的正弦波电路，是利用FPGA与DAC产生特定频率的正弦信号，再通过变压器实现正弦波信号的放大，后端处理需要一系列的滤波、去噪、放大等模拟电路，在频率、相位与峰峰值的调整上比较复杂。

实用新型专利“EMCCD的功率驱动电路-CN109413312A”中，采用高速DAC加二级放大器的方法实现EMCCD高压正弦驱动信号，相比采用方波可有效降低电路功耗，方便实现幅值和相位的调节，但由于电路本身的特征，仅适合于频率较低的信号。

实用新型专利“一种高压正弦波驱动信号发生装置-CN103872985B”中，采用DDS和变压器为核心，通过低通滤波、高压放大电路和钳位电路的设计，将DDS产生的幅值为1V的差分信号转变为可满足EMCCD电子倍增需求的4V～49V的高频正弦驱动信号。但该电路的高压放大模块需要外接50V高压电源，在采用电池供电的便携式EMCCD相机组件的设计中，最大供电电压为12V，因此该电路不适用于小型化便携式的EMCCD相机组件。

实用新型专利“一种电子倍增CCD正弦驱动方法-CN102231809B”中，基于DDS的数字、模拟混合电路技术，通过高频高压放大电路实现正弦波的线性放大，同时可以通过调整正弦波码流，实现驱动信号相位的精确修正。该设计方法中采用的高频高压放大电路的核心元件为运算放大器，其在输出高频(10MHz)和高压(45V以上)信号的状态下，电路功耗较大。

电子倍增CCD相机外围驱动技术是当前国内外微光和超灵敏成像领域的研究热点，但受制于高压增益驱动电路的功耗与复杂度等问题，无法满足高读出速率、相机小型化等应用需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种低功耗EMCCD高压正弦驱动信号发生电路。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种低功耗EMCCD高压正弦驱动信号发生电路，包括二级线圈、连接在二级线圈初级回路的NMOS管和连接在二级线圈次级回路的LCR振荡电路与二极管；

方波时序信号输入至NMOS管的栅极，NMOS管的漏极与初级线圈输入端连接；

二级线圈次级线圈输出端经LCR振荡回路输出正弦波；通过控制二级线圈初级回路的输入电压调整输出的正弦波高电平；通过调整二极管的偏置电压调整输出的正弦波低电平。