CCD（ChargeCoupledDevice）图象传感器具有较高的空间分辨率，较高的光电灵敏度和较大的动态范围，在辐射成象，特别是医学成象领域 已形成研究与开发的热点。在一些特定的应用场合，如采用多个CCD来传感同一幅闪光图象，需要将各个CCD同步起来，以保证各个CCD 产生的视频信号的一致性，从而提供了多个CCD的图象信号进行拼接的可能性。本文主要介绍多CCD图像传感器同步电路的两种实现方案。 电路的设计思想是以一个CCD的视频输出信号为基准源，作为其余CCD传感器的外同步信号，使各个CCD同步工作，捕捉同一时刻的图像，如图1所示。将 1＃CCD图像传感器的视频输出信号连接到多CCD图像传感器同步电路的输入端，经过视频分配放大器处理后（以4个CCD图像传感器为例），输出4路与输 入信号xx一致的视频信号。其中3路作为2＃、3＃、4＃CCD图像传感器的外同步信号，剩余1路直接作为1＃CCD图像传感器的视频输出信号。 2对视频分配放大器的要求 多CCD图像传感器同步电路的核心是视频分配放大器。视频分配放大器的总增益为1∶1，完成1路输入多路输出的功能。它将1＃CCD输出的视频信号经过放大处理后，输出多路与原输入信号xx一致的视频信号，作为其余各个CCD的外同步输入信号。 从电路性能上考虑，视频分配放大器应能满足以下几点要求。 （1）有足够的频带宽度，以保证有足够的清晰度。 （2）有低的输出阻抗。由于此放大器是将图像信号送到75Ω同轴电缆上，所以放大器应具有75Ω内部输出阻抗，而且要满足75Ω负载电阻所要求的输出功率，同时还能隔离各路负载间的互相影响，保证输出的各路信号之间互不干扰。 （3）有较大的动态范围，以满足多种视频信号的要求。
图1多CCD图像同步获取系统
图2直接耦合放大器
3直接耦合放大器的原理电路 分立元件电路是采用晶体管实现放大功能。用晶体管构成视频放大电路，主要问题有输入电阻低，输入电容大，电流放大系数随频率而变。针对这几点，放大器的设 计是采用NPN管与PNP管组成并联调节的单端推挽放大电路，它可以得到约2.5倍的输出，失真又小，非常适用于75Ω线路放大电路。与通常视频分配放大 器不同的是，本设计是先对输入信号进行能量等分分配，再分别由4个放大电路进行放大，这样可以保证各路输出信号相互独立，互不影响，而且放大器的输出功率 也容易满足负载电路的要求。原理电路见图2。虚框内为其中一路放大电路，虚框外的元件为多路放大电路所共用。 放大器的工作过程是：输入的视频信号经电容C1隔直流后，加在Q11的输入端b、e之间，经Q11放大后，将集电极电阻R12上的电压加到Q12的输入端 e、b之间，经Q12放大后，以集电极电阻R16上的电压作输出。这两个晶体管都工作在共发射极放大状态，而且两级的工作点互相配合，使输出电压具有较大 的变化范围。此放大电路的特点是信号失真小，放大倍数比较高，温度稳定性好，输入阻抗高，输出阻抗低。 R1为阻抗匹配电阻，视频信号经过电缆传输，要求视频分配放大器是一个匹配终端。 C1、C13为隔断直流电容，隔断放大器的输入端与信号源之间、输出端与负载之间的直流通道，保证放大器的静态工作点不因输入、输出的连接而发生变化。
R12、R16为Q12的偏置电阻，将Q12的发射极置于正偏，集电极置于反偏，使其处于线性放大区工作。 （1）提高增益的稳定性。在放大器的使用过程中，经常由于电源电压波动，温度与负载变化等因素，使放大器的增益发生变化，影响了工作性能的稳定。如果采用负反馈，就可以使放大器的增益变化相对减小。 （2）减小频率失真和非线性失真。本反馈网络是用纯电阻元件构成的，所以放大器的增益基本与频率无关。 （3）扩展通频带。由于放大电路中晶体管结电容的存在，在低频段和高频段放大倍数都要下降。引入负反馈可使闭环增益 趋于稳定，因此闭环幅频特性的下降速率减慢。与开环幅频特性相比，闭环的下限截止频率小于开环的下限截止频率，而闭环的上限截止频率大于开环的上限截止频 率，所以闭环的通频带大于开环的通频带。 （4）增加输入电阻。输入电阻越小，放大器从信号源索取的信号电流越大，而放大电路得到的输入电压越小，这不仅加重 了信号源的负担，而且输出电压也随输入电压的减小而减小。串联负反馈削弱了使放大电路输入电压的作用，使真正加到放大电路输入端的净输入电压下降了。因 此，在同样的输入电压下，输入电流将下降，也就相当于输入电阻增大了。 （5）减小输出电阻。当负载电阻减小，输出信号电压有下降的趋势，由于负反馈的作用，使有效的输入信号电压上升，因 而使输出信号电压上升，从而保持电压不变；反之亦然。对于负载来说，负反馈的作用就相当于 把放大器的输出电阻减小了。同时提高了放大器的带负载能力。 为了保证放大器工作更加可靠，在Q11的基极和Q12的集电极分别串接了阻尼电阻R11和R17，以防寄生振荡。由于集电极电流较大，因而阻尼电阻R17 不宜过大（一般是十几欧姆到几十欧姆），否则会使能量消耗过大。基极阻尼电阻R11也不能太大（一般是几十欧姆到几百欧姆），否则也会过多地影响频率响 应。同时R17还具有匹配负载电阻的作用。 C11与R15组成xx自激的校正网络，将放大电路的主极点频率压低，从而破坏了自激振荡的条件。C11的容值不能过大，否则电路的高频响应将变差。 C12为电源去耦电容，减小电源电压的纹波。 为减小“零点漂移”，采用了以下几种措施。 （1）电路设计采用负反馈，通过把Q12晶体管的集电极电位变化反馈到Q11的发射极，来实现直流工作点的稳定。原理是：当温度改变时，假如Q12的集电 极电流增加，那么反馈电压也将增加，使反馈到Q11发射极的电位也增加。由于R2、R3的分压关系固定了Q11的基极电位，所以反馈作用使Q11的基极电 位与发射极的电位差减小，从而使Q11的基极电流减小，则Q11的集电极电流也相应减小，Q11的集电极电流即是Q12的基极电流，它的减小牵制了Q12 集电极电流的增加，抑制了零点漂移。 （2）选用硅管，其Iceo数值很小，对工作点的影响不大。 （3）减小电源波动。选用开关稳压电源模块，并在电源输出端接消振电容，把电源电压的波动降低到允许的范围之内。 在设计视频放大器的PCB电路时，必须注意元件的排列。只有合理的安排，才能使电路中的寄生参数（寄生电容、引线电感）及各个参数（包括实在的集中参数及 寄生参数）之间的相互影响减弱到最小的程度，从而在调试视频放大器时就可减少很多麻烦（如频率不足、寄生振荡等）。 为了使寄生参数减弱到最小限度，凡是处在视频电压下的元件都应尽量就近相接，并且力求尺寸愈小愈好。元件所处的位置应与金属地电位尽可能地远；元件与元件 的联结应沿最短的途径；引线与引线应相互远离并不宜平行。尤其是集电极电路必须与基极电路远离，以防两者之间的寄生耦合。 放大器的地线{zh0}采用比较粗的裸铜线（直径为1mm左右），并且由末级依次连接，在一点接地，避免用放大器的底盘作地线。
图3MAX4137的内部结构
美国MAXIM公司的MAX4137是1入4出电压反馈式视频放大器，适用于高速视频分配转换系统。其增益为2V／V，－3dB带宽为 185MHz，转换速率SR为1000V／μs，输出通道的信号转换时间25ns，输出幅度2V，输出电流65mA，可驱动150Ω的负载。电源电压± 5V，输入阻抗高，容抗低。其内部电路（见图3）由1个输入放大器和4个输出放大器组成。输出选择端SEL1～SEL4（低电平有效）控制输出放大器是否 输出信号。 输入放大器是由同相输入运算放大器采用电压串联负反馈形式构成，当视频信号从运放的同相端加入时，在输出端产生一个较大的同相电压信号。其 电压幅度为，具有高阻抗和低容抗的输入特性。输出放大器是由电压跟随器构成，实现隔离、缓冲及将高阻匹配到低阻，提高驱动能力的功能，还具有短路保护功 能。 基本工作原理是：输入信号通过电压串联负反馈放大器放大后，平均分配到4个电压跟随器，各电压跟随器根据其对应的SEL信号电平状态来确定各输出端的输出状态。 MAX4137可用于视频信号的转换和分配、高分辨RGBCRT监视、高速模拟总线驱动、RF信号处理、复合视频前置放大器等领域。 MAX4137的外围元件少，C1～C5均起电源消振作用，R1～R5为匹配电阻。典型应用见图4。此电路调试简便，可靠性高。 表1MAX4137引脚的功能
欲获得185MHz的频带，在设计PCB板时应遵照下列几项原则。 （1）在PCB板禁止出现闭环线路，以减小电磁感应，所有连线尽可能短，不能采用90°拐角，选用弧形拐角。 （2）不使用IC插座，以减小其容抗和感抗， 采用表面组装元件，元件间的连接取捷径，可得到较高的频率。 （3）至少采用两层板，一个信号层，一个地层。 5结束语 这两种电路，笔者在实际应用中均采用过，效果十分理想。分立元件电路级联比较方便，只需将虚框内部分并联即可，可以根据CCD的数量灵活设计所需的路数。 只要PCB电路设计合理，就可一举成功。集成芯片电路体积小，整个电路的占用空间为2.5cm×3cm（双面板），有效地提高了空间利用率。这两种视频分 配放大器还可以应用于闭路电视监视系统，将一台摄象机的视频信号提供给多台监视器或其它设备。
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R2、 R3、R12、R13和Q11构成分压式电流负反馈偏置电路，其特点是既能提供合适的偏流，又能稳定静态工作点。R2、R3、R12、R13为偏置电阻， 将Q11的发射极置于正偏，集电极置于反偏，使其处于线性放大区工作。R2、R3构成串联分压电路，其电流，同时R2与R3的分压关系固定了 Q11的基极电位，满足工作点稳定的条件。R13是用来实现电流负反馈的电阻。如果Q11的集电极电流IC随温度的升高而增大，则在集电极电流IC增大的 同时，Q11的发射极电流IE在反馈电阻R13上产生的压降UE将增大，这将使发射极的电位UE上升，由于基极电位Ub不变，所以加在基极－发射极之间的 电压UBE随之减小，从而引起基极电流IB减小，引起集电极电流IC的减小，使工作点趋向原来位置，达到稳定Q11工作点的目的。
R14、 R15为反馈电阻，与R13一起构成两级电压串联负反馈网络。这种电路的闭环放大倍数Af只取决于反馈电阻（R14＋R15）与R13的比值，倍，而与晶 体管无关，所以电路的静态工作点稳定。而且可以稳定输出信号电压，使得放大器的输出电阻减小，驱动能力提高，放大倍数稳定。在输入端由于反馈信号串联连 接，提高了放大器的输入阻抗。实现以下几种功能。
