基于共模扼流圈的高速CCD驅動電路設計方案（二）

2 基于共模扼流圈的驅動電路設計

　　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高速CCD驅動的電路拓撲［4］如圖4所示。圖中V1 代表CCD 驅動器，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 為端接網絡，用于抵消共模扼流圈的漏電感。R2 代表CCD的等效串聯電阻，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 產生的磁通會在L1 的兩端產生感應電壓，該感應電壓和加在L1 端的電壓疊加從而實現了電壓的2倍放大。R1和C2 的取值需要在實際的電路板調試時進行調整以保證輸出信號達到最佳。

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

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

3 實驗結果

　　為了實際驗證設計的電路，進行了電路板設計制作和測試。測試板的驅動器和共模扼流圈的電路布局如圖5所示，CCD驅動器為Intersil公司的EL7457，驅動器的供電為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。端接網絡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動信號電壓被放大為10 V.圖6所示為實測的CCD驅動波形，該波形是CCD的復位脈沖，其頻率為12.5 MHz，其占空比設計為12.5%，實際波形的占空比和設計值相符。直接采用驅動器10 V供電驅動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。可見采用共模扼流圈后驅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，走線的寄生電容導致的功耗。