國(guó)家天文臺(tái)超大型CCD控制器研制技術(shù)取得進(jìn)展

　　經(jīng)過(guò)三年努力和兩輪流片試驗(yàn)，超大型電荷耦合元件(CCD)控制器研制的關(guān)鍵元件之一，CCD控制器偏壓及時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路ASIC，日前在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)天文光學(xué)與紅外探測(cè)器實(shí)驗(yàn)室研制成功，使得國(guó)家天文臺(tái)在CCD控制器的研制技術(shù)上位居國(guó)際先進(jìn)水平，為我國(guó)獨(dú)立研制超大規(guī)模的CCD系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

　　隨著光學(xué)望遠(yuǎn)鏡向更大口徑和更大視場(chǎng)發(fā)展，相應(yīng)的CCD探測(cè)器的規(guī)模需求也提高到了十億、數(shù)十億像元甚至更大，這給其控制器的研制帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。CCD探測(cè)器要達(dá)到天文觀(guān)測(cè)要求的優(yōu)良性能，除了CCD器件本身性能優(yōu)異以外，其工作所必需的控制器的性能指標(biāo)至關(guān)重要。經(jīng)過(guò)各國(guó)天文探測(cè)器技術(shù)人員多年努力，天文觀(guān)測(cè)使用的CCD控制器在圖像像質(zhì)指標(biāo)上已經(jīng)達(dá)到目前技術(shù)的極限。然而當(dāng)CCD像元規(guī)模達(dá)到數(shù)十億量級(jí)時(shí)，傳統(tǒng)CCD控制器技術(shù)卻遇到了困難。這是因?yàn)橐詡鹘y(tǒng)技術(shù)完成數(shù)十億像元的CCD控制器，僅其體積就將達(dá)到數(shù)十立方米，更遑論眾多模擬量數(shù)據(jù)通道之間的串?dāng)_控制、巨大的功耗以及觀(guān)測(cè)環(huán)境的溫控等問(wèn)題。因此，支持?jǐn)?shù)十億像元及更大規(guī)模的CCD控制器技術(shù)成為國(guó)際上天文光學(xué)探測(cè)器研制的最大技術(shù)難題和技術(shù)發(fā)展方向。增加電路的集成度以減小體積，是目前唯一的解決辦法，國(guó)際上各大天文CCD實(shí)驗(yàn)室紛紛開(kāi)始研制CCD控制器專(zhuān)用集成電路ASIC。

　　為了滿(mǎn)足我國(guó)大型天文光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡的需要，在國(guó)家自然基金和天文財(cái)政專(zhuān)項(xiàng)的支持下，在國(guó)際知名CCD控制器電子學(xué)專(zhuān)家魏名智的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)下，國(guó)家天文臺(tái)光學(xué)與紅外探測(cè)器實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了CCD探測(cè)器ASIC技術(shù)的研究。研究方案是CCD控制器的主要電路研制成為兩片ASIC芯片，即CCD控制器偏壓及時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路ASIC(CDA)和CCD信號(hào)處理電路ASIC(SPA)。自2014年經(jīng)過(guò)三年的研究實(shí)驗(yàn)，日前新一輪的CDA流片經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試已證明完全符合設(shè)計(jì)要求，從而表明國(guó)家天文臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CCD控制器偏壓及時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用集成電路CDA研制成功。

　　CDA芯片提供CCD運(yùn)行需要的所有電壓和驅(qū)動(dòng)脈沖，是CCD控制器的重要組成部分。此次研制的CDA芯片繼承了天文CCD控制器中的經(jīng)典——UCAM控制器的優(yōu)良性能品質(zhì)，也是通用性很強(qiáng)的芯片，其靈活性使得它適用于目前世界上絕大多數(shù)的CCD芯片和CCD控制器。它可以和正在研制的SPA組成大規(guī)模集成化的多CCD系統(tǒng)或超小型的單CCD控制器，也可作為一個(gè)部件單獨(dú)集成到任何一個(gè)CCD系統(tǒng)中去。高度集成化使CCD控制器性能更可靠穩(wěn)定，功耗體積更小，更易研制。目前，CDA芯片的版本已是可供批量生產(chǎn)的版本，易進(jìn)行低成本的重復(fù)生產(chǎn)，為國(guó)內(nèi)外科學(xué)級(jí)CCD系統(tǒng)的研制提供低成本、高性能、高集成度的專(zhuān)用芯片，開(kāi)辟了新的研發(fā)手段。

　　CDA的研制是我國(guó)大型CCD控制器的研制技術(shù)的進(jìn)步，為實(shí)現(xiàn)空間站光學(xué)巡天望遠(yuǎn)鏡、大型光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡(12米口徑)、南極大視場(chǎng)光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡、國(guó)際30米光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡等大型CCD控制器的研制目標(biāo)展開(kāi)了光明前景。

　　CDA2芯片及其性能測(cè)試電路

　　CDA和SPA各一片即可替代圖中的三塊電路板