为了解决现有的增强器快门关闭速度慢、无法实现直流到3ns宽时间范围连续可调的技术问题，本发明提供了一种宽时间范围连续可调像增强器快门，包括主开关器件Q9、Q10，用于驱动主开关器件Q9的第一驱动电路，以及用于驱动主开关器件Q10的第二驱动电路；主开关器件Q9、Q10均采用场效应晶体管；主开关器件Q9的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速下降沿；主开关器件Q10的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速上升沿。既可以满足增强器的直流工作模式，又可以满足增强器脉冲工作模式，并且最小脉冲宽度达到3ns，即通过本发明结合图像增强器可实现3ns积分成像。
1.一种宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：
包括主开关器件Q9、Q10，用于驱动主开关器件Q9的第一驱动电路，以及用于驱动主开关器件Q10的第二驱动电路；
主开关器件Q9的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速下降沿；
主开关器件Q10的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速上升沿。
2.根据权利要求1所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：主开关器件Q9采用NMOS管，栅极接第一驱动电路的输出，源极接第一偏置电路，漏极接整个像增强器快门的输出端；
主开关器件Q10采用PMOS管，栅极接第二驱动电路的输出，漏极接第二偏置电路，源极接整个像增强器快门的输出端；
第一驱动电路包括第一快速导通脉冲产生电路、第一维持导通电路以及并联的耦合电容C8、C9；第一快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q1和PMOS管Q2；NMOS管Q1的栅极接控制信号Push1，NMOS管Q1的漏极接耦合电容C8、C9的一端，NMOS管Q1的源极接GND；PMOS管Q2的栅极接控制信号Pull1,PMOS管Q2的漏极接图像增强器关闭电压，PMOS管Q2的源极接NMOS管Q1的漏极以及耦合电容C8、C9的一端；耦合电容C8、C9的另一端接主开关器件Q9的栅极；第一维持导通电路包括PMOS管Q5、电阻R7、R10、R11；PMOS管Q5的漏极接导通偏置电压，PMOS管Q5的源极通过电阻R7、R10接主开关器件Q9的栅极,PMOS管Q5的栅极通过电阻R3接导通维持主信号main；电阻R11的一端接R10的一端以及主开关器件Q9的栅极,电阻R11的另一端接图像增强器打开电压；
第二驱动电路包括第二快速导通脉冲产生电路、第二维持导通电路和耦合电容Cap1；
第二快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q3和PMOS管Q4；NMOS管Q3的栅极接控制信号Push2，NMOS管Q3的漏极接耦合电容Cap1的一端，NMOS管Q3的源极接GND；PMOS管Q4的栅极接控制信号Pull2,PMOS管Q4的漏极接图像增强器关闭电压，PMOS管Q4的源极接NMOS管Q3的漏极以及耦合电容Cap1的一端；耦合电容Cap1的另一端接主开关器件Q10的栅极；第二维持导通电路包括NMOS管Q6、电阻R9、R12；NMOS管Q6的源极接GND，NMOS管Q6的漏极通过电阻R9接主开关器件Q10的栅极、R12的一端以及耦合电容Cap1的另一端,NMOS管Q6的栅极通过电阻R4接导通维持主信号main；电阻R12的一端接R9的一端以及主开关器件Q10的栅极,电阻R12的另一端接图像增强器关闭电压；
控制信号Push1、Push2高电平有效；控制信号Pull1、Pull2低电平有效；
控制信号Push1和Pull1间隔20-50ns；控制信号Push2和Pull2间隔20-50ns；控制信号Push1和Pull1间隔与控制信号Push2和Pull2间隔相等。
3.根据权利要求2所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：第一驱动电路还包括由R1和C1构成的第一滤波电路；R1的一端接PMOS管Q2的漏极，另一端接PMOS管Q2的栅极；C1的一端接PMOS管Q2的漏极和图像增强器关闭电压，另一端接GND。
4.根据权利要求2或3所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：第二驱动电路还包括由R2和C2构成的第二滤波电路；R2的一端接PMOS管Q4的漏极，另一端接PMOS管Q4的栅极；C2的一端接PMOS管Q4的漏极和图像增强器关闭电压，另一端接GND。
5.根据权利要求4所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：还包括与所述第一偏置电路并联的滤波稳压电路；所述滤波稳压电路由并联的电容C11、C12构成，电容C11、C12的一端均接主开关器件Q9的源极，另一端均接GND。
6.根据权利要求5所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：还包括与所述第二偏置电路并联的稳压电路；所述稳压电路为电容Cap2，电容Cap2的一端接主开关器件Q10的漏极，另一端接GND。
7.根据权利要求2所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：所述第一偏置电路包括电阻R13、R15和二极管DZ1；电阻R13的一端接主开关器件Q9的源极，另一端接R15的一端，R15的另一端接GND；二极管DZ1的负极接主开关器件Q9的源极，正极接图像增强器打开电压。
8.根据权利要求2所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：所述第二偏置电路包括电阻R14、R8和二极管DZ2；电阻R14的一端接主开关器件Q10的漏极，另一端接R8的一端，R8的另一端接GND；二极管DZ2的正极接主开关器件Q10的漏极，负极接图像增强器关闭电压。
9.根据权利要求2所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：主开关器件Q9采用型号为ZVN4524的NMOS管，主开关器件Q10采用型号为ZVP4525的PMOS管。
10.根据权利要求2所述的宽时间范围连续可调像增强器快门，其特征在于：控制信号Push1和Pull1间隔40ns；控制信号Push2和Pull2间隔40ns。
一种宽时间范围连续可调像增强器快门
技术领域
[0001] 本发明属于超快诊断技术领域，涉及一种宽时间范围连续可调像增强器快门。
背景技术
[0002] 图像增强器作为一种微光倍增器件，其主要作用是将微弱光信号进行倍增放大，从而便于人们观测或被记录系统记录。图像增强器通常由阴极、微通道板和荧光屏组成。其中，阴极的主要用是将入射光信号转化为电子，微通道板的主要作用是将电子进行倍增，荧光屏主要用于将倍增后的电子转化为可见光。在一些应用中，图像增强器用于对持续时间较长(大于60秒)的目标进行观测时，其工作于直流状态，也就是持续打开状态。在另一些应用中，图像增强器又需要对持续时间很短的过程进行观测，比如爆炸过程、子弹运动过程等，并且需要观测快速过程中某个瞬间目标的状态，这就需要图像增强器工作在选通模式，即只在目标运动的特定时间段工作。
[0003] 由于图像增强器有可能工作在常开模式，也可能工作在脉冲模式因而需要增强器快门对其工作模式进行切换。
[0004] 现有的增强器快门通常只用一个开关器件，其存在以下两个问题：
[0005] 1、关闭速度慢(微秒量级)，从而导致图像增强器关闭时间过长，无法对快时间过程进行纳秒时间分辨分幅成像。
[0006] 2、无法实现从常开到3ns宽时间范围连续可调。
发明内容
[0007] 为了解决现有的增强器快门关闭速度慢、无法实现直流到3ns宽时间范围连续可调的技术问题，本发明提供了一种宽时间范围连续可调像增强器快门，脉冲宽度从直流到3ns宽范围连续可调，既可以满足增强器的直流工作模式，又可以满足增强器脉冲工作模式，并且最小脉冲宽度达到3ns，即通过本发明结合图像增强器可实现3ns积分成像。
[0008] 本发明的技术方案是：
[0009] 一种宽时间范围连续可调像增强器快门，其特殊之处在于：
[0010] 包括主开关器件Q9、Q10，用于驱动主开关器件Q9的第一驱动电路，以及用于驱动主开关器件Q10的第二驱动电路；
[0011] 主开关器件Q9、Q10均采用场效应晶体管；
[0012] 主开关器件Q9的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速下降沿；
[0013] 主开关器件Q10的主要作用是快速打开形成快门脉冲高速上升沿。
[0014] 进一步地，主开关器件Q9采用NMOS管，栅极接第一驱动电路的输出，源极接第一偏置电路，漏极接整个像增强器快门的输出端；
[0015] 主开关器件Q10采用PMOS管，栅极接第二驱动电路的输出，漏极接第二偏置电路，源极接整个像增强器快门的输出端；
[0016] 第一驱动电路包括第一快速导通脉冲产生电路、第一维持导通电路以及并联的耦合电容C8、C9；第一快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q1和PMOS管Q2；NMOS管Q1的栅极接控制信号Push1，NMOS管Q1的漏极接耦合电容C8、C9的一端，NMOS管Q1的源极接GND；PMOS管Q2的栅极接控制信号Pull1,PMOS管Q2的漏极接图像增强器关闭电压，PMOS管Q2的源极接NMOS管Q1的漏极以及耦合电容C8、C9的一端；耦合电容C8、C9的另一端接主开关器件Q9的栅极；第一维持导通电路包括PMOS管Q5、电阻R7、R10、R11；PMOS管Q5的漏极接导通偏置电压，PMOS管Q5的源极通过电阻R7、R10接主开关器件Q9的栅极,PMOS管Q5的栅极通过电阻R3接导通维持主信号main；电阻R11的一端接R10的一端以及主开关器件Q9的栅极,电阻R11的另一端接图像增强器打开电压；
[0017] 第二驱动电路包括第二快速导通脉冲产生电路、第二维持导通电路和耦合电容Cap1；第二快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q3和PMOS管Q4；NMOS管Q3的栅极接控制信号Push2，NMOS管Q3的漏极接耦合电容Cap1的一端，NMOS管Q3的源极接GND；PMOS管Q4的栅极接控制信号Pull2,PMOS管Q4的漏极接图像增强器关闭电压，PMOS管Q4的源极接NMOS管Q3的漏极以及耦合电容Cap1的一端；耦合电容Cap1的另一端接主开关器件Q10的栅极；第二维持导通电路包括NMOS管Q6、电阻R9、R12；NMOS管Q6的源极接GND，NMOS管Q6的漏极通过电阻R9接主开关器件Q10的栅极、R12的一端以及耦合电容Cap1的另一端,NMOS管Q6的栅极通过电阻R4接导通维持主信号main；电阻R12的一端接R9的一端以及主开关器件Q10的栅极,电阻R12的另一端接图像增强器关闭电压；
[0018] 控制信号Push1、Push2高电平有效；控制信号Pull1、Pull2低电平有效；
[0019] 控制信号Push1和Pull1间隔20-50ns；控制信号Push2和Pull2间隔20-50ns；控制信号Push1和Pull1间隔与控制信号Push2和Pull2间隔相等。
[0020] 进一步地，第一驱动电路还包括由R1和C1构成的第一滤波电路；R1的一端接PMOS管Q2的漏极，另一端接PMOS管Q2的栅极；C1的一端接PMOS管Q2的漏极和图像增强器关闭电压，另一端接GND。
[0021] 进一步地，第二驱动电路还包括由R2和C2构成的第二滤波电路；R2的一端接PMOS管Q4的漏极，另一端接PMOS管Q4的栅极；C2的一端接PMOS管Q4的漏极和图像增强器关闭电压，另一端接GND。
[0022] 进一步地，还包括与所述第一偏置电路并联的滤波稳压电路；所述滤波稳压电路由并联的电容C11、C12构成，电容C11、C12的一端均接主开关器件Q9的源极，另一端均接GND。
[0023] 进一步地，还包括与所述第二偏置电路并联的稳压电路；所述稳压电路为电容Cap2，电容Cap2的一端接主开关器件Q10的漏极，另一端接GND。
[0024] 进一步地，所述第一偏置电路包括电阻R13、R15和二极管DZ1；电阻R13的一端接主开关器件Q9的源极，另一端接R15的一端，R15的另一端接GND；二极管DZ1的负极接主开关器件Q9的源极，正极接图像增强器打开电压。
[0025] 进一步地，所述第二偏置电路包括电阻R14、R8和二极管DZ2；电阻R14的一端接主开关器件Q10的漏极，另一端接R8的一端，R8的另一端接GND；二极管DZ2的正极接主开关器件Q10的漏极，负极接图像增强器关闭电压。
[0026] 进一步地，主开关器件Q9采用型号为ZVN4524的NMOS管，主开关器件Q10采用型号为ZVP4525的PMOS管。
[0027] 进一步地，控制信号Push1和Pull1间隔40ns；控制信号Push2和Pull2间隔40ns。
[0028] 相较于传统增强器快门，本发明具有以下有益效果：
[0029] 1.本发明利用主开关器件Q9和主开关器件Q10互补导通实现最窄3ns快门脉冲输出,其中：主开关器件Q9采用NMOS管，主要作用是快速打开形成快门脉冲高速下降沿；主开关器件Q10采用PMOS管，主要作用是快速打开形成快门脉冲高速上升沿。
[0030] 2.主开关器件Q9和Q10均为场效应晶体管，常规驱动电路一般为方波驱动(如图4所示)，方波驱动由于驱动作用瞬间(前沿)电压较低，因此导通电容充电速度较慢导致场效应晶体管打开速度较慢，针对这一问题，本发明对场效应晶体管Q9和Q10的驱动电路进行了精细配置，通过对方波驱动上升沿进行过冲处理(如图5所示)，实现对场效应管内部寄生电容快速充电，从而使场效应晶体管快速打开，实现了像增强器快门脉冲宽度由直流到3ns宽时间范围连续可调，从而使该快门脉冲既可应用于直流导通场景，也可应用于脉冲导通场景。
附图说明
[0031] 图1是宽时间范围连续可调像增强器快门电路原理图。
[0032] 图2是3ns快门脉冲。
[0033] 图3是1ms快门脉冲。
[0034] 图4是传统方波驱动波形。
[0035] 图5是本发明驱动波形。
具体实施方式
[0036] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0037] 本发明所提供的宽时间范围连续可调像增强器快门，其设计的中心思想是采用两个高速MOS管分别实现快门脉冲快速打开和快速关闭，快门脉冲的宽度由导通维持主信号main的宽度决定。
[0038] 如图1所示，本发明所提供的宽时间范围连续可调像增强器快门，包括主开关器件Q9、Q10，用于驱动主开关器件Q9的第一驱动电路，以及用于驱动主开关器件Q10的第二驱动电路。
[0039] 主开关器件Q9采用NMOS管，主要作用是快速打开形成快门脉冲高速下降沿；主开关器件Q9的栅极接第一驱动电路的输出，主开关器件Q9的源极接由R13、R15和二极管DZ1构成的第一偏置电路以及并联的电容C11和C12，主开关器件Q9的漏极接整个像增强器快门的输出端(output)。电容C11和C12用于对Q9的源极进行稳压和滤波；主开关器件Q10采用PMOS管，主要作用是快速打开形成快门脉冲高速上升沿；主开关器件Q10的栅极接第二驱动电路的输出，主开关器件Q10的漏极接由R14、R8和二极管DZ2构成的第二偏置电路以及稳压电容Cap2，主开关器件Q10的源极接整个增强器快门的输出端(output)。
[0040] 第一驱动电路包括第一快速导通脉冲产生电路、第一维持导通电路和并联的耦合电容C8、C9以及由R1和C1构成的第一滤波电路；第一快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q1和PMOS管Q2；NMOS管Q1的栅极接控制信号Push1，NMOS管Q1的漏极接耦合电容C8、C9的一端，NMOS管Q1的源极接GND；PMOS管Q2的栅极接控制信号Pull1,PMOS管Q2的漏极接图像增强器关闭电压(+54.6V)、电容C1的一端以及电阻R1的一端，电容C1的另一端接GND，电阻R1的另一端接PMOS管Q2的栅极，PMOS管Q2的源极接NMOS管Q1的漏极以及耦合电容C8、C9的一端；耦合电容C8、C9的另一端接主开关器件Q9的栅极；第一维持导通电路包括PMOS管Q5、电阻R7、R10、R11；PMOS管Q5的漏极接导通偏置电压(+5V电压)，PMOS管Q5的源极通过电阻R7、R10接主开关器件Q9的栅极,PMOS管Q5的栅极通过电阻R3接导通维持主信号main；电阻R11的一端接R10的一端以及主开关器件Q9的栅极,电阻R11的另一端接图像增强器打开电压(-202V)。
[0041] 第二驱动电路包括第二快速导通脉冲产生电路、第二维持导通电路和耦合电容Cap1以及由R2和C2构成的第二滤波电路；第二快速导通脉冲产生电路包括NMOS管Q3和PMOS管Q4；NMOS管Q3的栅极接控制信号Push2，NMOS管Q3的漏极接耦合电容Cap1的一端，NMOS管Q3的源极接GND；PMOS管Q4的栅极接控制信号Pull2,PMOS管Q4的漏极接图像增强器关闭电压(+54.6V)、C2的一端以及R2的一端，C2的另一端接GND，R2的另一端接PMOS管Q4的栅极，PMOS管Q4的源极接NMOS管Q3的漏极以及耦合电容Cap1的一端；耦合电容Cap1的另一端接主开关器件Q10的栅极；第二维持导通电路包括NMOS管Q6、电阻R9、R12；NMOS管Q6的源极接GND，NMOS管Q6的漏极通过电阻R9接主开关器件Q10的栅极、R12的一端以及耦合电容Cap1的另一端,NMOS管Q6的栅极通过电阻R4接导通维持主信号main；电阻R12的一端接R9的一端以及主开关器件Q10的栅极,电阻R12的另一端接图像增强器关闭电压(+54.6V)。
[0042] 控制信号Push1、Push2高电平有效；控制信号Pull1、Pull2低电平有效；控制信号Push1和Pull1间隔20-50ns；控制信号Push2和Pull2间隔20-50ns；控制信号Push1和Pull1间隔与控制信号Push2和Pull2间隔相等。优选的，控制信号Push1和Pull1间隔40ns；控制信号Push2和Pull2间隔40ns，可使生成控制信号Push1、Push2、Pull1、Pull2的控制信号产生电路结构比较简单。
[0043] 为实现限流和隔离，本发明还包括电阻R5和R6；R5的一端接NMOS管Q3的漏极、PMOS管Q4的源极以及耦合电容Cap1的一端，R5的另一端接偏置电压Net47.9V；R6的一端接NMOS管Q1的漏极、耦合电容C8、C9的一端以及PMOS管Q2的源极，R6的另一端接GND。
[0044] 本发明的工作过程和原理如下：
[0045] 当图像增强器未工作时，需要增强器快门的输出端(output)输出约+50V电压以阻碍光电子由阴极运动到微通道板；当图像增强器工作时，则需要增强器快门的输出端输出约-200V电压以加速光电子使其从阴极运动到微通道板。
[0046] 根据上述描述，图像增强器不工作时，主开关器件Q10处于导通状态，从而使输出端(output)与图像增强器关闭电压(+54.6V)接通，输出约+50V电压；
[0047] 图像增强器需要工作时，首先NMOS管Q6快速截止，从而使输出端(output)与图像增强器关闭电压(+54.6V)断开，然后由NMOS管Q1和PMOS管Q2负责产生一个幅度大于等于45V、脉宽小于等于40ns的正脉冲(Q2刚导通使其源极电压上升到45V并且持续40ns后，Q1便导通使Q2源极电压降到地，从而产生一个45V，40ns的正脉冲)，并通过耦合电容C8和C9耦合到主开关器件Q9的栅极，从而使主开关器件Q9在3ns内快速导通并通过PMOS管Q5负责的第一维持导通电路保持导通状态，实现输出端(output)与图像增强器打开电压(-202V)持续接通，进而实现图像增强器打开；
[0048] 图像增强器需要关闭时，首先PMOS管Q5快速截止，从而使输出端(output)与图像增强器打开电压(-202V)断开，然后由NMOS管Q3和PMOS管Q4负责产生脉宽小于等于40ns、幅度大于等于45V的负脉冲(Q4刚导通使其源极电压上升到45V并且持续40ns后，Q3便导通使Q4源极电压降到地，从而产生一个45V，40ns的负脉冲)，并通过耦合电容C7耦合到主开关器件Q10的栅极，从而使主开关器件Q10在3ns内快速导通并通过NMOS管Q6负责的第二维持导通电路保持导通状态，实现输出端(output)重新与图像增强器关闭电压(+54.6V)接通，图像增强器一个脉冲工作过程结束。
[0049] 实验验证：
[0050] 主开关器件Q9采用型号为ZVN4524的NMOS管，主开关器件Q10采用型号为ZVP4525的PMOS管，仿真结果如图2、3所示，可以看出本发明能够实现最窄3ns的输出，也可以实现1ms的输出。
