冯晓艳，胡彦君，吴嘉伟，张会新

(1.仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051； 2.中北大学，电子测试技术国家重点实验室，山西太原 030051；3.晋西工业集团防务装备研究院，山西太原 030024)

0 引言

光谱仪是通过分析物质化学组成及其含量，实现对光波的能量、波长、带宽等重要特征进行测量的光学仪器，在化学、生物学、医学、天文学等领域获得了广泛的应用[1-2]。传统光谱仪通常包括扫描单色仪和光电倍增管，结构复杂且检测时长较长，同时还具有体积大、价格高、不易携带等特点，无法得到普遍的应用，因此，现代光谱仪器发展的主要趋势是小型化和微型化。随着微型光电器件的发展，以电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)研制的微型光谱仪正在逐渐发展成熟[3]，CCD作为光电转换传感器，具有结构简单、使用范围广、可靠性好等特点，成为现代电子光谱检测中广泛使用的传感器。

目前，使用较为广泛的微型光谱仪是美国海洋公司生产的USB4000和荷兰Avantes公司生产的avanpec系列产品[4]。国产的微型光谱仪采样精度和性噪比难以达到实验要求，故使用率较低，需要进一步研制改进。为了进一步提高采样精度，降低信噪比，本文提出了一种基于FPGA的高精度CCD光谱数据采集系统。该系统采用了高灵敏度的线阵CCD，高采集精度的A/D转换器、功耗较低的FPGA和传输速率快的USB接口芯片，采样精度达到16 bit,同时有较高的光谱采集范围，能够实现实时光积分时间的修改，具有较好的重复性及可靠性。

1 系统设计方案

该系统的主控芯片为FPGA，用来协调驱动电路的所有模块，包括CCD驱动模块、信号处理模块、数据存储传输模块。……