基于共模扼流圈的高速CCD驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案（二）

2 基于共模扼流圈的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

　　共模扼流圈是一個(gè)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(hào)，其由線圈電感L1 和線圈電感L2 組成，其互感為M 。當(dāng)L1 = L2 = M時(shí)，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(gè)獨(dú)立的支路進(jìn)行分析。公式（2）和（3）給出具體的計(jì)算方法。

　　根據(jù)上述公式可知，當(dāng)差模信號(hào)通過(guò)共模扼流圈時(shí)，由于磁通量相互抵消，所以就像共模扼流圈不存在一樣；當(dāng)共模信號(hào)通過(guò)共模扼流圈時(shí)，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(shí)現(xiàn)高速CCD驅(qū)動(dòng)的電路拓?fù)洌?］如圖4所示。圖中V1 代表CCD 驅(qū)動(dòng)器，L1 和L2 組成共模扼流圈，其同名端在圖中用小圓圈標(biāo)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(fù)載電容。共模扼流圈在該電路中的作用是把輸入信號(hào)的電壓幅度放大2倍。其工作原理為輸入信號(hào)分別從L1 和L2 的非同名端加入。那么L2 產(chǎn)生的磁通會(huì)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(shí)現(xiàn)了電壓的2倍放大。R1和C2 的取值需要在實(shí)際的電路板調(diào)試時(shí)進(jìn)行調(diào)整以保證輸出信號(hào)達(dá)到最佳。

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

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

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　為了實(shí)際驗(yàn)證設(shè)計(jì)的電路，進(jìn)行了電路板設(shè)計(jì)制作和測(cè)試。測(cè)試板的驅(qū)動(dòng)器和共模扼流圈的電路布局如圖5所示，CCD驅(qū)動(dòng)器為Intersil公司的EL7457，驅(qū)動(dòng)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(fù)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(guò)共模扼流圈后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓被放大為10 V.圖6所示為實(shí)測(cè)的CCD驅(qū)動(dòng)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(jì)為12.5%，實(shí)際波形的占空比和設(shè)計(jì)值相符。直接采用驅(qū)動(dòng)器10 V供電驅(qū)動(dòng)CCD時(shí)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?jiàn)采用共模扼流圈后驅(qū)動(dòng)器的功耗大幅度下降。兩種情況下實(shí)測(cè)功耗都比理論值大，這是因?yàn)殡娐钒逵休^長(zhǎng)的走線，走線的寄生電容導(dǎo)致的功耗。