Skocz do zawartości

Witaj na forum skupiającym największą społeczność astronomiczną w Polsce - Astropolis.pl
Zachęcamy do rejstracji, dzięki której uzyskasz dostęp do wszystkich funkcji Astropolis.pl. Po tym, jak założysz swoje konto i zalogujesz się do systemu będziesz mógł zakładać wątki, odpowiadać we wszystkich tematach, oceniać posty innych użytkowników, a także korzystać z rozbudowanego systemu komunikacji między użytkownikami. Jeśli masz już swoje konto, zaloguj się tutaj - w przeciwnym wypadku zarejestruj konto - za darmo - teraz!




Zdjęcie
* * * * * 1 głosów

zasilanie chipu CCD i peryferiów

Napisane przez Michal G. , w kamera ccd diy 25 wrzesień 2016 · 989 Wyświetleń

diy atm ccd kaf-1600

Dzień dobry,
dzisiaj o zasilaniu matryc CCD. Raczej krótko, bo dopiero w przyszłym tygodniu będę miał w domu potrzebne elementy, żeby już coś poskładać...
 
1. Wymagane napięcia
2. Układy zasilające
3. zakończenie, plany na przyszłość
 
 
1.
Matryce CCD wymagają relatywnie dużo róznego rodzaju napięć. Naszym zadaniem jest o nich wszystkich przeczytać w nocie katalogowej, dla mojego chińskiego kaf-1600 znajdziemy:
 
3.2 DC Operating Conditions
DC conditions

3.3 AC operating Conditions
AC conditions

Generalnie zawsze dobrze jest trzymać się nominalnych wartości, wyjątkiem są napięcia do przesuwania pikseli - V1, V2, H1, H2. Te akurat można zmieniać, oczywiście w zakresie podanym w nocie pomiędzy min a max. Zmiana różnicy napięć pomiędzy stanami niskimi i wysokimi (V1 Low <-> V1 High, V2 Low <-> V2 High itd.) zmienia skuteczność przesuwania pikseli po naszej matrycy. Specjalnie napisałem zmienia, zamiast poprawia / pogorsza, bo działa to w każdą stronę:

  • Zwiększenie róznicy napięć poprawia przesuwanie pikseli (mniej pikseli zablokuje się na ewentualnych niejednorodnościach krzemu)
  • Zwiększenie różnicy napięć powoduje, że nasze piksele dynamiczniej zmieniaja położenie i nabierają energii, która dodaje szum.
  • Zmniejszanie działa odwrotnie.
Gdzie leży złoty środek? Najprawdopodobniej w wartości nominalnej z noty katalogowej, ale warto to sprawdzić.
 
No dobrze, zatem mamy listę napięć jakie będziemy musieli dostarczać do naszego chipu: -8, -5, -4, 0, 0.5, 2, 4, 6, 9, 11, 15 (wszystkie wartości w V). Trochę tego jest, a jeszcze przecież planuję wszystko obsługiwać mikrokontrolerem AVR ;D
 
2.
Skąd wziąć taki zestaw napięć? Jest kilka rozwiązań.
  • gotowe stabilizatory napięcia
  • stabilizatory napięcia oparte o wzmacniacz operacyjny
  • drivery CCD
Można na rynku dostac gotowe stabilizatory napięcia, są to układy scalone, zawsze do nich znajdziemy noty katalogowe, gdzie będzie podane na tacy jakie napięcie dają, jaki maksymalny prąd, a także typowe zastosowanie, wraz ze schematem. Niestety nie zawsze uda nam się znaleźć układ scalony, który akurat się wpasuje do naszych potrzeb, ale jeśli sie uda, to warto pójść tą drogą, bo jest łatwo i wygodnie ;)
 
Jeśli nie ma na rynku gotowego układu scalonego, to możemy zastosować inny - wzmacniacz operacyjny. Wzmacniacze operacyjne, to taki specjalny rodzaj wzmacniaczy, o bardzo dużym gainie, z którego możemy sami wyprodukować inne klocki, takie jak np. stabilizator napięcia. Właśnie takie rozwiązanie zastosowano też w innych projektach DIY kamer CCD (Audine, Pyxis). Pewnie dlatego, że jest to całkiem dobre rozwiązanie ;) Podoba mi się, też tak zrobię. (Poniższa grafika pochodzi właśnie z projektu Audine).
Dołączona grafika
Stabilizatory takie mają dość prostą konstrukcję: z jednej strony wzmacniacza doprowadzamy napięcie zasilania, które już mamy (np. z transformatorowego zasilacza), z drugiej strony będziemy mieli nasze napięcie wyjściowe, które wybieramy za pomocą oporników. Napięcie wyjściowe jest bardzo stabilne (ma mało odchyłek / tętnięć) dzięki pętli sprzężenia zwrotnego i kondensatorom. Szukając w googlach po angielsku należy sie kierować hasłem opamp voltage regulator. Ja planuję zrobić tak, że zamiast stałego opornika dam w prototypie potencjometr PR (taki na śrubokręt), żeby móc wpływac na moje napięcia. To mi da dokładną wartość opornika, którym potem wstawię zamiast potencjometru, ale też da mi możliwość płynnego wpływania na napięcia te do przesuwania pikseli. Przy tego typu eksperymentach należy pamiętać o pewnej bardzo ważnej rzeczy - nigdy nie kręcimy potencjometrem na włączonym zasilaniu, jeśli mamy do czynienia z urządzeniem delikatnym (np CCD ;), ale też lasery itp.). Chodzi o to, że podczas kręcenia mogą się przedostać bardzo nietypowe wartości, np. przez ułamek sekundy układ może być całkowicie zwarty. Wzmacniacze operacyjne można dostać różnej maści, pojedyncze, wielokrotne (kilka upakowanych w jednym układzie). Wady i zalety są dość oczywiste - więcej pojedynczych układów zajmuje więcej miejsca na płytce, układy wielokrotne będą trochę cieplejsze. Ja zastosuję układy LM2902 - są tanie i łatwo dostępne.
 
Do niektórych matryc CCD powstały gotowe drivery CCD. Można ich znaleźć garstkę pod hasłami ccd vertical driver, ccd horizontal driver, ccd driver. To bardzo fajne rozwiązanie, żałuję że nie znalazłem odpowiedniego układu do mojej matrycy - te, które znalazłem mają napięcia na zegarach (vertical oraz horizontal clock, to ta część CCD do przesuwania pikseli), które są rozbieżne z moimi potrzebami, albo są podobne tylko w pewnym zakresie. Strata nie jest ogromna, bo i tak do tych układów musiałbym podostarczać napięcia, dopasowane sygnały... Dodatkowo, bez driverów, będę musiał sam zrobić odpowiedni układ, który przyjmie sygnał zerojedynkowy, a wypluje dwa odpowiednie napięcia. Tę funkcjonalność pewnie zrealizuję za pomocą układu MAX333, ciekawy układ, w zasadzie jest to taki przełącznik (jest też zaskakująco drogi ;) ), znowu - takie rozwiązanie, jak w Audine.
 
No to tyle jeśli chodzi o napięcia, ale jest jeszcze druga strona elektryczności - prąd. Należy zwrócić uwagę na to ile, jaki układ pobiera prądu i tworząc układy zasiilania zapewnić conajmniej tyle. Całe szczęście zazwyczaj spotkamy się z sytuacją, że to nie jest problemem, ale trzeba się upewnić. (to gdyby ktoś chciał pójść moim śladem, ale miał np. inną matrycę)
 
Do pewnych rzeczy warto też pomyśleć o jakości elementów. Np. stabilność napięcia zasilania resetu ccd nie będzie miała dużego wpływu na szumienie, ale juz zasilanie wzmacniacza wyjściowego tak. Różnice w elementach będą największe w przypadku kondensatorów. Prawdę mówiąc, wiedząc to, planuję użyć elementów, które akurat mam (czyli byle jakich), a potem już z działającym prototypem, wymienić na lepsze. Zwyczajnie jestem ciekaw jaki faktyczny wpływ to będzie miało :)
 
 
3.
To tyle na dzisiaj, na razie czekam na zamówione elementy, w międzyczasie czytam i planuję dalej. Bo nie myślcie, że ja to wszystko z głowy piszę i się po prostu wymądrzam ;p (lektury polecałem w pierwszym wpisie o kaf-1600 ;) ). Jak będę miał elementy, to zacznę składać podzespoły - generalnie chodzi o to, aby jak najwięcej zrobić nawet nie dotykając samego CCD (chociaż kusi!). To ważne bo CCD jest bardzo czułe na wyładowania elektrostatyczne... W międzyczasie uczę się pisać drivery ASCOM i piszę trochę software-u w związku z fotometrią, jest trochę roboty :)
 
Zrobiłem też już wstępną listę elementów - i ich cen. Szacuję, że elementy wyjdą mnie jakieś 200, 300 PLN (policzyłem ile czego, a potem pomnożyłem x2 ;) )  Prawdopodobnie w październiku będę gromadził wiedzę i elementy, a w listopadzie/grudniu wezmę urlop na poskładanie całości (bo i tak potrzebuje wziąć urlop, a jest dobra okazja ;) )
 
pozdrawiam i do następnego :)
 
 






Bardzo fajny wpis :) Mnie właśnie ciekawią te kwestie przesuwania pikseli. Czy większa różnica napięć daje również możliwość szybszego sczytywania matrycy? Różne kamery na tej samej matrycy mają różne czasy sczytywania klatki. Te droższe sczytują szybciej przy podobnym poziomie szumu (zazwyczaj niższym nawet). Czyli widać tu, że da się jakimś cudem zrobić szybki układ, który nie zwiększy zaszumienia.

  • Zgłoś
Zdjęcie
Michal G.
wrz 25 2016 22:48

Tak samo jak napięcia zmieniają szum odczytu tak i szybkość czytania też zmienia szum niestety ;D Jak dokładnie - tego nie wiem, ale na pewno będę to sprawdzał. Napięcia i częstości są niezależne, warto zoptymalizować obie te rzeczy. W nocie katalogowe stoi, że dla przesuwania w pionie zalecany zakres częstości jest pomiędzy 100 kHz a 125 kHz, a w poziomie (w linijce do czytania) 10 MHz - 15 MHz (przekroczenie tych wartości pogarsza szum odczytu). Do tego jeszcze dochodzi czas resetowania wzmacniacza: między 10 ns a 20 ns. Jak widać jest wiele zmiennych :)  A powolne czytanie też nie jest dobre, bo rośnie prąd ciemny ;D

    • Wega lubi to
  • Zgłoś

Ok, czyli mamy dwie sprawy do dopasowania. Tylko jak np te cwaniaki z FLI wyciskają kilka razy większą prędkość z KAF8300, niż taki Atik przy mniejszym szumie?
Czemu rośnie prąd ciemny? Te kilka dodatkowych sekund przy kilku minutach naświetlania to chyba nie jest istotny czas dla narastania szumów termicznych :)

  • Zgłoś
Zdjęcie
Michal G.
wrz 26 2016 13:21

Prąd ciemny rośnie podczas czytania, ponieważ tylko wtedy jest włączony wzmacniacz (nie zawsze tak jest), a to on powoduje elektroluminescencje - tak jest napisanie "eletronic imaging in astronomy" ;)

Myślę, że mogą robić rzeczy, które nie są w granicach noty katalogowej - bo kto im zabroni ;) Niektóre matryce mają też możliwość czytania na różne sposoby - szczególnie dotyczy to tych współcześniejszych (tak NIE jest w przypadku kaf-8300), chodzi wtedy o to na ile faz podzielone jest przesuwanie, w przypadku mojego kaf-1600, ale też kaf-8300, są to dwie fazy i tak musi zostać, niektóre matryce są więcej fazowe, 3, 4, ale da sie je też obsłużyć dwufazowo i wtedy jest szybciej.

    • Wega lubi to
  • Zgłoś

Luty 2017

P W Ś C P S N
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27 28     

Ostatnie komentarze

Przeszukaj mój blog