大规模CCD拼接系统控制器模块化设计研究

The astronomical sky survey camera to be boarding on the space station of China will use an over-one-hundred-CCD- mosaic array as the detector and the CCD readout channels will surpass 600. Under the constraints of energy consumption, weight and space the traditional CCD controller is not applicable and a new controller for such a large mosaic array has to be developed. Concerning with the space, weight and energy consumption, the ASIC solution is the best and the only one applicable for the space station project. In our proposal, to be the first step to realize the ASIC, the research on the technology of modular CCD controller of which the main modules of circuits can be transformed into ASICs will be done and the design and construct of the controller will be accomplished with discrete components and the performance will be optimized to the requirements of the sky survey camera.

空间站巡天相机以及我国正在争取承研的TMT MOBIE相机所使用的CCD系统，其像元数目达数十亿之多，拼接规模超过百片CCD，读出通道超过600个。如此庞大的系统，传统CCD控制器已不可能满足功耗、体积和重量的限制要求，需要进行技术研究以获得适用于大规模拼接CCD系统的控制器。在目前所有的拼接系统控制器解决方案中，将主要的单元电子学系统集成为ASIC芯片是空间、重量和功耗最优的方案。特别是空间站项目，其对功耗和空间的苛刻要求使得只有ASIC方案唯一可行。作为AISC方案实施的第一步，本课题将进行模块化CCD控制器技术的研究，以随后可顺利转化到ASIC作为设计要求，完成分立元件的模块化CCD控制器设计和制作，并调试、优化设计使之达到空间站的性能要求。该控制器的完成除了为其下一步转化到可空间运用的ASIC芯片准备好输入条件以外，可满足地基普通拼接系统或单CCD系统的运用需求。

本项目通过对CCD控制器的模块化结构设计技术的研究，完成了信号读出处理模块和ADC模块、CCD驱动和偏压模块以及时序控制及数据接口模块的研制，集成了完整的CCD控制器样机。通过开展噪声和串扰压制技术的研究，完成的CCD控制器达到了噪声<1e和串扰<0.05%的技术水平，并且可支持从单片CCD相机到大型拼接CCD相机或多CCD相机。本项目的研究成果，可应用于大部分天文观测目前需求的CCD探测器并且成为了CCD控制器ASIC芯片的设计基础。