CCD光電測(cè)量綜合設(shè)計(jì)

CCD光電測(cè)量綜合設(shè)計(jì)第一頁(yè)，共30頁(yè)。目錄第二頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)現(xiàn)直流電源的設(shè)計(jì)完成TCD1206CCD器件驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)用AltiumDesigner實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的工程理解FPGA特點(diǎn)、應(yīng)用和設(shè)計(jì)流程CCD光電測(cè)量系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)第三頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)驗(yàn)原理CCD原理（TCD1206）TCD1206UD是一種典型的二相線陣CCD。主要用于尺寸測(cè)量。TCD1206的基本結(jié)構(gòu)如右圖第四頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)驗(yàn)原理CCD結(jié)構(gòu)由2236個(gè)pn結(jié)光電二極管構(gòu)成光敏元陣列奇、偶數(shù)光敏元分別與兩邊移位寄存器相連MOS電容列(圖中存儲(chǔ)柵)轉(zhuǎn)移柵電極SH模擬移位寄存器：一個(gè)MOS與光敏元相連，并接Ф1脈沖；另一個(gè)直接接Ф2脈沖第五頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)驗(yàn)原理CCD工作原理當(dāng)ΦSH脈沖高電平到來(lái)時(shí)，正值Φ1電極下均形成深勢(shì)阱，同時(shí)ΦSH的高電平使Φ1電極下的深勢(shì)阱與MOS電容存儲(chǔ)勢(shì)阱溝通。MOS電容下的信號(hào)電荷包通過(guò)轉(zhuǎn)移柵轉(zhuǎn)移到模擬移位寄存器的Φ1電極下的勢(shì)阱中。當(dāng)ΦSH由高變低時(shí)，ΦSH低電平形成的淺勢(shì)阱將存儲(chǔ)柵下勢(shì)阱與Φ1電極下的勢(shì)阱隔離開(kāi)。存儲(chǔ)柵勢(shì)阱進(jìn)入光積分狀態(tài)，而模擬移位寄存器將在Φ1和Φ2脈沖的作用下驅(qū)使轉(zhuǎn)移到Φ1電極下勢(shì)阱中的信號(hào)電荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，并經(jīng)過(guò)輸出電路由OS電極輸出。第六頁(yè)，共30頁(yè)。設(shè)計(jì)要求電路設(shè)計(jì)電源部分要求能夠根據(jù)所選器件，設(shè)計(jì)出適合該器件的電源本次實(shí)驗(yàn)所選器件電源均為直流電流于是考慮使用整流濾波電路第七頁(yè)，共30頁(yè)。設(shè)計(jì)要求驅(qū)動(dòng)信號(hào)由于結(jié)構(gòu)上的安排，OS端首先輸出13個(gè)虛設(shè)單元信號(hào)，再輸出51個(gè)暗信號(hào)，然后連續(xù)輸出S1到S2160的有效像素單元信號(hào)。第S2160信號(hào)輸出后，又輸出9個(gè)暗信號(hào)，再輸出2個(gè)奇偶檢測(cè)信號(hào)，以后便是空驅(qū)動(dòng)?？镇?qū)動(dòng)數(shù)目可以任意的。由于該器件是兩列并行分奇、偶傳輸?shù)?，所以在一個(gè)ΦSH周期中至少要有1118個(gè)Φ1脈沖，即TSH>1118T1SP及ΦC是為用戶提供的控制脈沖，SP與CCD輸出的像元光電信號(hào)同步，可用來(lái)做采樣保持控制信號(hào)。ΦC的上升沿對(duì)應(yīng)于CCD的第一個(gè)有效像素單元S1，因而可以用作行同步第八頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程設(shè)計(jì)框圖主要工作：電源電路設(shè)計(jì)CCD器件驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)第九頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程設(shè)計(jì)方案電源部分：采用整流濾波電路實(shí)現(xiàn)由220V交流電到±12V和+5V直流電的轉(zhuǎn)變?nèi)溯敵鲎儔浩鞫O管整流橋選用器件：LM78\79系列三段穩(wěn)壓電路集成IC芯片（包括LM7812CT、LM7809CT、LM7805CT、LM7912CT）第十頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程設(shè)計(jì)方案CCD驅(qū)動(dòng)電路：查看TCD1206UD產(chǎn)品手冊(cè)，采用其典型驅(qū)動(dòng)電路選用器件：PNP管A1015，74HC04反相器TCD1206UD的四路驅(qū)動(dòng)脈沖由CMOS邏輯器件74HC04直接提供0.3V到5V的脈沖，因?yàn)樵谛酒膬?nèi)部已經(jīng)設(shè)置了電平轉(zhuǎn)換器第十一頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程（電源）第十二頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程（驅(qū)動(dòng)）在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下，TCD1206UD輸出OS信號(hào)及DOS信號(hào)。將此二路輸出信號(hào)分別送到差分放大器OP27的正、反輸入端進(jìn)行差分放大，抑制掉共模的ΦR引起的干擾第十三頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程電路原理圖第十四頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程（PCB布線）在原理圖完成之后，進(jìn)行PCB的實(shí)現(xiàn)器件排列，設(shè)置走線注意！注意！注意！封裝與器件的一一對(duì)應(yīng)布線的規(guī)則與寬度第十五頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程（PCB敷銅）Top層Bottom層第十六頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程（焊接）貼片電容很小，需要使用鑷子，并且注意防止短路在焊接途中，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的電路圖遺漏節(jié)點(diǎn)，于是添加了一外部電路由于選擇錯(cuò)誤一個(gè)Header2*5封裝，不得不進(jìn)行外接第十七頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程調(diào)試結(jié)果輸入信號(hào)SH輸入信號(hào)Φ1和Φ2

輸入信號(hào)RS第十八頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程調(diào)試結(jié)果有光照時(shí)輸出信號(hào)OS（黃色）DOS（藍(lán)色）無(wú)光照時(shí)輸出信號(hào)第十九頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程調(diào)試過(guò)程問(wèn)題：軟件內(nèi)缺少三極管A1015元件，錯(cuò)誤使用了其他元件，并采用了錯(cuò)誤的封裝解決方法：自行設(shè)計(jì)了元器件，并且根據(jù)實(shí)際元件A1015的封裝，在軟件內(nèi)設(shè)計(jì)了符合要求的封裝第二十頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程調(diào)試過(guò)程問(wèn)題：焊接時(shí)發(fā)現(xiàn)電容C6處遺漏節(jié)點(diǎn)解決方法：采用電路板外搭橋的方式連接第二十一頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程調(diào)試過(guò)程問(wèn)題：Header2*5P2封裝錯(cuò)誤，器件無(wú)法插入解決方法：采用電路板外接線方式連接第二十二頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程調(diào)試過(guò)程問(wèn)題：在原理電路圖階段，用網(wǎng)絡(luò)號(hào)大小寫(xiě)字母的形式區(qū)分74HC04反相器的輸入、輸出信號(hào)軟件AltiumDesigner在網(wǎng)絡(luò)號(hào)上不區(qū)分大小寫(xiě)?。。≤浖嗀ltiumDesigner在網(wǎng)絡(luò)號(hào)上不區(qū)分大小寫(xiě)?。?！軟件AltiumDesigner在網(wǎng)絡(luò)號(hào)上不區(qū)分大小寫(xiě)?。?！重要的事情說(shuō)三遍！第二十三頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程調(diào)試結(jié)果解決方法：用小刀刻掉錯(cuò)誤電路，利用導(dǎo)線在電路板外進(jìn)行連接悲劇的是！錯(cuò)誤的線路過(guò)多，實(shí)在沒(méi)有改正完畢，導(dǎo)致沒(méi)有得出最后正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果第二十四頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)改正由于前面出現(xiàn)的種種錯(cuò)誤，根源均是設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)的失誤在此我們重新進(jìn)行了改正PCB板布線如右圖第二十五頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)改正Top層敷銅Bottom層敷銅第二十六頁(yè)，共30頁(yè)。分析評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)總結(jié)初步學(xué)會(huì)了PCB制作軟件AltiumDesigner的使用：從最初的建立過(guò)程、繪制原理電路圖、設(shè)計(jì)軟件中缺少的器件、設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)器件的封裝、PCB板的器件布線等等，直到一個(gè)最終的印制電路板的形成學(xué)會(huì)了直流穩(wěn)壓電源的一種常用設(shè)計(jì)方法進(jìn)一步理解了CCD光電測(cè)量器件的工作原理，并且掌握了一種典型的TCD1206驅(qū)動(dòng)電路再一次溫習(xí)了電子實(shí)習(xí)中學(xué)到的電路板手工焊制技術(shù)第二十七頁(yè)，共30頁(yè)。分析評(píng)價(jià)吸取教訓(xùn)第一：細(xì)心！細(xì)心！細(xì)心！尤其是在原理電路圖的設(shè)計(jì)階段，每一個(gè)器件的選擇，器件之間的連接，元器件封裝的選擇，一定要細(xì)心，并多次檢查第二：了解軟件的背景與規(guī)則一定不要想當(dāng)然的理解一個(gè)軟件的使用，不要從其他軟件進(jìn)行莫名的習(xí)慣遷移，這一次最大的教訓(xùn)就是AltiumDesigner軟件網(wǎng)絡(luò)名不區(qū)分大小寫(xiě)需要養(yǎng)成良好的編程類軟件的使用習(xí)慣：不要用英文字母大小寫(xiě)用來(lái)區(qū)別變量網(wǎng)絡(luò)等！第二十八頁(yè)，