基于共模扼流圈的高速CCD驅(qū)動電路設(shè)計方案（二）

2 基于共模扼流圈的驅(qū)動電路設(shè)計

　　共模扼流圈是一個緊密耦合的1∶1變壓器，其漏電感較小。圖2所示為變壓器的電路符號，其由線圈電感L1 和線圈電感L2 組成，其互感為M 。當L1 = L2 = M時，該變壓器就是共模扼流圈。

　　分析此類含有耦合電感的電路，采用的方法是去耦等效受控源，如圖3 所示。把具有耦合的電路拆分成兩個獨立的支路進行分析。公式（2）和（3）給出具體的計算方法。

　　根據(jù)上述公式可知，當差模信號通過共模扼流圈時，由于磁通量相互抵消，所以就像共模扼流圈不存在一樣；當共模信號通過共模扼流圈時，由于磁通量相互疊加，所以共模扼流圈具有很大的阻抗。這里采用共模扼流圈實現(xiàn)高速CCD驅(qū)動的電路拓撲［4］如圖4所示。圖中V1 代表CCD 驅(qū)動器，L1 和L2 組成共模扼流圈，其同名端在圖中用小圓圈標出。C1 為交流耦合電容，避免變壓器直流短路。R1 和C2 為端接網(wǎng)絡(luò)，用于抵消共模扼流圈的漏電感。R2 代表CCD的等效串聯(lián)電阻，C2 代表CCD的等效負載電容。共模扼流圈在該電路中的作用是把輸入信號的電壓幅度放大2倍。其工作原理為輸入信號分別從L1 和L2 的非同名端加入。那么L2 產(chǎn)生的磁通會在L1 的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓和加在L1 端的電壓疊加從而實現(xiàn)了電壓的2倍放大。R1和C2 的取值需要在實際的電路板調(diào)試時進行調(diào)整以保證輸出信號達到最佳。

　　采用了上述電路后，把CCD驅(qū)動器的電壓幅度降低了1/2，因此CCD 驅(qū)動器的功耗也會下降為原來的1/4.

　　然而由于R1 和C2 端接網(wǎng)絡(luò)的存在，會使得功耗會有所上升。但是和直接用驅(qū)動器進行驅(qū)動相比，功耗還是大幅度下降。

3 實驗結(jié)果

　　為了實際驗證設(shè)計的電路，進行了電路板設(shè)計制作和測試。測試板的驅(qū)動器和共模扼流圈的電路布局如圖5所示，CCD驅(qū)動器為Intersil公司的EL7457，驅(qū)動器的供電為5 V.

　　共模扼流圈采用TDK 公司的ACM4520-901-2P，CCD 采用75 pF 的電容模擬其負載情況。端接網(wǎng)絡(luò)R1和C2 的取值分別為100 Ω和47 pF.這樣通過共模扼流圈后的驅(qū)動信號電壓被放大為10 V.圖6所示為實測的CCD驅(qū)動波形，該波形是CCD的復(fù)位脈沖，其頻率為12.5 MHz，其占空比設(shè)計為12.5%，實際波形的占空比和設(shè)計值相符。直接采用驅(qū)動器10 V供電驅(qū)動CCD時的電流為71 mA，功耗為710 mW;而采用該電路后，電流為39 mA，功耗為195 mW，如表1所示?？梢姴捎霉材６罅魅篁?qū)動器的功耗大幅度下降。兩種情況下實測功耗都比理論值大，這是因為電路板有較長的走線，走線的寄生電容導(dǎo)致的功耗。