億像素相機的前世

在手機相機還是個雞肋的時代，億像素相機還僅僅是高端科研項目的專享。例如波爾航天的高分辨率成像科學實驗(HiRISE)照相機于2005年8月經(jīng)由火星勘測軌道飛行器發(fā)射升空，并在2006年達到火星，是迄今送離地球軌道的最大、分辨率最高的相機。該相機在隨后的十多年時間內(nèi)依然發(fā)揮著關(guān)鍵作用，HiRise相機的圖像讓科學家們得以以極高的分辨率查看火星表面，研究火星地表形態(tài)，包括為好奇號尋找著陸地。mVAesmc

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HiRISE能夠以約8億像素的分辨率捕捉近4 x 7英里的狹長區(qū)域內(nèi)的火星表面圖像，使科學家能以一種前所未有的視角了解火星的地質(zhì)地形和氣候過程，同時識別如咖啡桌一般小的物體和表面地貌。憑借超強成像能力，HiRISE拍攝的火星表面的圖像分辨率為之前所用相機的五倍，達到20,000 × 40,000像素，需要1000臺普通計算機的屏幕才能以全分辨率顯示一張HiRISE圖像。mVAesmc

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傳奇億像素相機背后的關(guān)鍵秘密

在HiRISE圖像處理和存儲器模塊內(nèi)，共有28個高性能14位ADI AD6645 模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于一個由14個電荷耦合器件(CCD)組成的陣列，這一陣列用來捕捉火星表面反射回來的入射光。這些CCD將檢測到的光轉(zhuǎn)換成電壓，隨后電壓送至AD6645高速轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。這一數(shù)據(jù)經(jīng)由深空網(wǎng)絡(luò)從航天器傳回地球。在深空網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)受到輻射校準，編排成由14個獨立CCD圖像條組成的馬賽克圖像，校正后即可表示航天器與火星的距離和定位，最終以幾何學方法映射至行星坐標。最終產(chǎn)生的圖像就是迄今從軌道發(fā)回的最詳細的火星圖像。mVAesmc

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AD6645支持高達105 MSPS（每秒百萬采樣）的采樣頻率并提供出色的噪聲性能（第一奈奎斯特頻帶內(nèi)信噪比為74.5 dB），滿足了波爾航天嚴苛的性能和信噪比要求。此外，波爾航天的嚴格溫度和振動測試表明AD6645非常適合于航天器發(fā)射時引起的極端環(huán)境條件。HiRISE照相機采用高性能、超高可靠性的ADI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器作為核心部件，在過去的4個地球年中，HiRISE產(chǎn)生了17,000多張高分辨率火星表面圖像——這是原先預(yù)計的HiRISE工作壽命的兩倍時間。mVAesmc

AD6645是一款高速、高性能、14位單芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換器。芯片上集成了全部必需功能，包括采樣保持器(T/H)和基準電壓源，可提供完整的信號轉(zhuǎn)換解決方案。該器件提供CMOS兼容型數(shù)字輸出。它是寬帶ADC系列繼AD9042 (12位, 41 MSPS)、 AD6640 (12位, 65 MSPS, 中頻采樣)和AD6644（14位、40 MSPS/65 MSPS）之后的第四代產(chǎn)品。mVAesmc

AD6645是ADI公司SoftCell®收發(fā)器芯片組的一部分，專為多通道、多模式接收機而設(shè)計。它在第二奈奎斯特頻帶內(nèi)保持100 dB的多音無雜散動態(tài)范圍(SFDR)，這一性能突破可減輕多模式數(shù)字接收機（軟件無線電）的負擔，使之不再受制于ADC。噪聲性能非常出色，第一奈奎斯特頻帶內(nèi)的信噪比典型值為74.5 dB。AD6645采用ADI公司的超快速互補雙極性(XFCB)工藝制造，并使用創(chuàng)新的多通電路架構(gòu)。mVAesmc

總結(jié)：

在當前手機等便攜產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用的高像素相機功能已經(jīng)實現(xiàn)了低成本的模塊化設(shè)計，即使中低階的手機已經(jīng)能提供超千萬像素的照相功能。然而這種科研用超高性能相機的設(shè)計是一個超級復雜的系統(tǒng)設(shè)計工程，對所選擇的ADC的性能特性要求特別嚴格，除了采樣率、線性度、噪聲性能都是極其苛刻。其電路系統(tǒng)設(shè)計也非常具有挑戰(zhàn)性，例如本文的AD6645就必須使用上升時間小于45 ms的線性直流電源，為實現(xiàn)最佳性能，強烈建議在模擬電源層和數(shù)字電源層之間使用公共地。mVAesmc