随着现场可编程门阵列(FPGA)器件尺寸不断增大, 计算机辅助设计(CAD)工具运行时间成为突出的问题。布线是FPGA的CAD流程中最为耗时的一个阶段, 一种能有效缩短布线时间的方法就是并行布线。本文提出一种减少FPGA时序驱动布线算法运行时间的多线程方法。该算法首先将信号按照线网的扇出数量进行排序, 再将排序后的线网均匀分配到各个线程中, 最后并发执行所有的线程。在布线质量没有受到显著影响的前提下, 即线长增加2.58%, 关键路径延时增加1.78%的情况下, 相对于传统通用布局布线工具(VPR)时序驱动布线算法8线程下的加速比为2.46。

驱动与信号处理电路是红外成像系统的重要组成部分，高质量的电路有利于系统获得高信噪比。针对制冷型红外探测器电学接口特点，成像电路架构采用焦面电路和信号处理电路，基于电路架构，设计出高集成度、低噪声的驱动与信号处理电路，给出部分仿真结果和电路噪声估算方法。介绍了一种软硬结合的降噪方法，最后给出了电路核心指标噪声的测试方法和具体噪声值。

为了设计一种支持电子式像移补偿功能的高帧频大面阵CCD驱动电路，满足像移补偿功能。论文首先给出了大面阵CCDFTF5066M的基本驱动电路，然后在其基础上通过增加一个“像移补偿时序发生器”与主时序发生器SAA8103配合工作来实现电子像移补偿，给出了“像移补偿发生器”内部设计结构，所增加的像移补偿时序发生器只用于产生曝光期间所需的几个垂直转移驱动时序和转发SAA8103 产生的时序信号。选择了FPGA作为像移补偿时序发生器，并且进行了时序仿真。最后对设计的驱动电路进行了室内像移补偿实验验证，取得了很好的补偿效果，该驱动电路系统支持最大帧频可达2.7 F/s,信噪比达到了66 dB。该驱动电路能方便地选择输出通道数量和输出方式，使相机适用于不同的场合。

随着国外0.9~1.7 μm InGaAs近红外相机的迅速发展,目前已被大量应用于工业和**领域。探讨了InGaAs近红外相机在不同领域的应用,分析了InGaAs材料的优势及探测器选型。结合相应的探测器阵列,从相机偏置电压产生、时序驱动设计与制冷控制等方面给出了InGaAs近红外相机的硬件电路设计方案,解决了研制过程中的部分重难点,并针对后期图像处理进行了仿真验证,达到应用要求。

为了提高太阳绝对光谱辐照度仪的波长定标精度, 提出了用线阵CCD作为位置传感器进行波长定标的方案, 完成了0.4~1.0 μm波长的定标。根据仪器的安装结构和Fèry棱镜的参数, 描述了波长与CCD像元的对应关系, 制定了定标与计算方法, 并介绍了器件的选型及线阵CCD的时序驱动和输出信号的处理。在室内波长定标中, 利用可调谐激光器作为光源, 确定了CCD像元与中心波长的对应关系, 并通过光谱扫描进行了验证。在室外开展了太阳观测实验, 并与可见-短波红外光谱仪做了对比。实验结果表明, 波长定位精度优于0.5 nm, 测量的光谱曲线吸收峰与大气典型吸收谱线吻合, 同时验证了波长定标方案的可行性与CCD电子学设计的合理性。

视频面阵CCD相机已经得到了广泛的应用, 为了解决不同的应用对高频率、高分辨率不同的要求等问题, 同时扩大其应用范围, 提出了一种适用于视频面阵CCD相机的多工作模式成像技术。首先, 分析了视频面阵CCD的功能和特点, 确定CCD的工作模式; 其次, 根据这些工作模式确定多模式成像的视频面阵CCD相机的组成; 然后, 详细阐述了时序驱动电路中工作模式的切换方法; 最后, 在各种工作模式下对视频面阵CCD相机分别进行了外场成像试验。实验结果表明: 视频面阵CCD相机在各种工作模式下的成像效果很好, 并且每种工作模式之间的切换时间为2ms, 提高了视频面阵CCD相机多工作模式成像方法的有效性和实时性。

针对某些CCD的时序信号有三个电平阶梯的时序波的形式，对其进行时序和驱动设计是比较复杂的，有必要探讨设计一种简单可行的电路以降低设计和调试复杂度。探讨了几种可行的方案，对这几种方案进行了研究比较。介绍了利用一个运算放大器和两个驱动器设计的方案，具有电路结构简单，使用元器件数量少，通用性强，得到的波形足够精确。