空间低能X射线探测器用EMCCD读出系统的研制

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1、独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出贡献的集体和个人均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：刻碴日论文使用和授权说明期：塑丛曼．皇本人完全了解云南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文和论文电子版；允许论文被查阅或借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(

2、保密的论文在解密后应遵循此规定)研究生签名：刘锻导师签名：日期：翌』三!』!￡本人及导师同意将学位论文提交至清华大学“中国学术期刊(光盘版)电子杂志社”进行电子和网络出版，并编入CNKI系列数据库，传播本学位论文的全部或部分内容，同意按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。研究生签名：导师签名：日期：摘要EMCCD(Electron·MultiplyingCCD)是电子倍增型CCD的简称，它是一种带高压倍增电极的CCD探测器。本文从硬X射线调制望远镜的课题意义及目标开始，分析了

3、空间x射线成像的研究现状，并阐述了目前提高空间探测信噪比的三种类型的探测器，进而介绍了CCD探测器成像过程，深入研究了EMCCD的结构与工作原理，着重讨论了EMCCD各种噪声的产生机理以及在不同操作环境下各个噪声的比重，提出了建立低噪声读出系统的方法。之后简单介绍了本系统研制中所用到的E2V公司生产的EMCCD．CCD60的参数与性能，以此完成如下研究工作：1，提出了一种用EMCCD探测弱信号的方法。与之前的CCD探测器相比，EMCCD对空间x射线中的低能段部分有更好的空间分辨率，可以探测能量更低的X

4、射线，从而提高了下一代空间探测卫星的能量分辨率。2，开发了EMCCD—CCD60读出系统的软件程序。该程序基于Xilinx的FPGA平台开发，使用VHDL语言编写，成功实现了EMCCD．CCD60读出系统的成像和能谱读出两种工作模式。并依据可配置化的编程思想，保障了程序参数的灵活性，可根据不同实验环境快速的调节系统的读出速度、曝光时间、转移时问等参数。3，设计并制作了一套完整的EMCCD．CCD60读出系统的硬件电路。完成了系统需求的调研、元器件的选型、电路原理图的设计与仿真和PCB设计。该系统是由模

5、拟数字混合电路组成。在模拟电路中，使用新型CDS相关双采样电路，有效利用了设计的可重复性，降低了设计引入噪声。同时利用分立器件搭建了高压时序驱动电路，成功将驱动电平转换至系统要求值。在数字电路中，依靠FPGA技术，实现了数字信号的处理和传输。通过对系统的软件仿真及下载测试，以及对系统的硬件分立模块测试和整体功能测试，该读出系统满足设计要求。关键词：EMCCD、电子倍增、时序驱动、读出系统AbstractTheEMCCDisshortforElectron-MultiplyingCCD，aCCDdete

6、ctorcontainingmultiplyingelectrodewithhilghvoltages．ThispaperstartswiththepurposeoftheHXMTtelescope，analyzingthediscoverystatusofthespaceX-rayimaging，andexplainingthreekindsofthedetectorswhichcanincreasethesignal--to-·noiseofthespacedetection，andthenint

7、roducingtheimagingprocessoftheCCDdetectors，discussingthestructureandtheoperatingprincipleoftheEMCCD，focusingmuchonthetheoryofthegenerationofthenoiseoftheEMCCDandtheratioofeachnoiseindifferentoperatingenvironment，finallyIestablishedamethodofreadingoutthe

8、signalswithlowernoise．AndthenIhaveabriefintroductionoftheparametersandpropertiesoftheEMCCD-CCD60madebyE2V,worksfinishedareasfollows．1．AdetectiontechnologyfortheweaksignalswiththeEMCCDshasbeenestablished．ComparedwiththepreviousCCD