國家天文臺超大型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，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)鐘驅動(dòng)電路ASIC，日前在中國科學(xué)院國家天文臺天文光學(xué)與紅外探測器實(shí)驗室研制成功，使得國家天文臺在CCD控制器的研制技術(shù)上位居國際先進(jìn)水平，為我國獨立研制超大規模的CCD系統奠定了基礎。

　　隨著(zhù)光學(xué)望遠鏡向更大口徑和更大視場(chǎng)發(fā)展，相應的CCD探測器的規模需求也提高到了十億、數十億像元甚至更大，這給其控制器的研制帶來(lái)了巨大挑戰。CCD探測器要達到天文觀(guān)測要求的優(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至關(guān)重要。經(jīng)過(guò)各國天文探測器技術(shù)人員多年努力，天文觀(guān)測使用的CCD控制器在圖像像質(zhì)指標上已經(jīng)達到目前技術(shù)的極限。然而當CCD像元規模達到數十億量級時(shí)，傳統CCD控制器技術(shù)卻遇到了困難。這是因為以傳統技術(shù)完成數十億像元的CCD控制器，僅其體積就將達到數十立方米，更遑論眾多模擬量數據通道之間的串擾控制、巨大的功耗以及觀(guān)測環(huán)境的溫控等問(wèn)題。因此，支持數十億像元及更大規模的CCD控制器技術(shù)成為國際上天文光學(xué)探測器研制的最大技術(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，國際上各大天文CCD實(shí)驗室紛紛開(kāi)始研制CCD控制器專(zhuān)用集成電路ASIC。

　　為了滿(mǎn)足我國大型天文光學(xué)紅外望遠鏡的需要，在國家自然基金和天文財政專(zhuān)項的支持下，在國際知名CCD控制器電子學(xué)專(zhuān)家魏名智的技術(shù)領(lǐng)導下，國家天文臺光學(xué)與紅外探測器實(shí)驗室開(kāi)展了CCD探測器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)鐘驅動(dòng)電路ASIC(CDA)和CCD信號處理電路ASIC(SPA)。自2014年經(jīng)過(guò)三年的研究實(shí)驗，日前新一輪的CDA流片經(jīng)實(shí)驗室測試已證明完全符合設計要求，從而表明國家天文臺擁有自主知識產(chǎn)權的CCD控制器偏壓及時(shí)鐘驅動(dòng)專(zhuān)用集成電路CDA研制成功。

　　CDA芯片提供CCD運行需要的所有電壓和驅動(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)，也是通用性很強的芯片，其靈活性使得它適用于目前世界上絕大多數的CCD芯片和CCD控制器。它可以和正在研制的SPA組成大規模集成化的多CCD系統或超小型的單CCD控制器，也可作為一個(gè)部件單獨集成到任何一個(gè)CCD系統中去。高度集成化使CCD控制器性能更可靠穩定，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)行低成本的重復生產(chǎn)，為國內外科學(xué)級CCD系統的研制提供低成本、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的研制是我國大型CCD控制器的研制技術(shù)的進(jìn)步，為實(shí)現空間站光學(xué)巡天望遠鏡、大型光學(xué)紅外望遠鏡(12米口徑)、南極大視場(chǎng)光學(xué)紅外望遠鏡、國際30米光學(xué)紅外望遠鏡等大型CCD控制器的研制目標展開(kāi)了光明前景。

　　CDA2芯片及其性能測試電路

　　CDA和SPA各一片即可替代圖中的三塊電路板