基于CPLD的全帧型CCD图像传感器驱动系统设计

2009-06-09 18:05:38来源: EDN

      0 引 言

  电荷耦合器件(Charge Coupled Devices,CCD)是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。作为一种新型的MOS器件,与普通MOS器件相比,具有集成度更高、功耗更低、设计更简单、制造工序更少等优点。随着航天技术的发展,在航天器高姿态和高准确度测量、空间遥感和对地观测等领域中,性能优越的CCD相机越来越多地得到了应用。

  在此,将CCD应用于数字航测相机中。数字航测相机是基于数字相机的基本原理,将图像以数字信息的形式存储、转移,并与地面实现通信。CCD图像传感器是相机的眼睛,它对相机的性能起到非常关键的作用,因此,实现电子扫描功能的CCD驱动电路是数字航测相机系统设计的关键。

  DALSA公司的FTF4052M 22M Full-Frame型CCD是一款全帧型CCD图像传感器。这里在分析该器件的工作过程中,以及对驱动信号的要求后,采用了基于可编程逻辑器件(CPLD)技术,将CCD驱动电路集成在一块芯片上,实现了CCD图像传感器的驱动电路,并且结合Ahera公司的EPM7160SLC84-10完成了硬件电路的设计。

  1 全帧型CCD驱动时序发生器原理

  1.1 FTF4052M芯片介绍

  FTF4052M是22兆像素(4 008 pixel×5 334 pix-e1)的超大分辨率全帧CCD图像传感器,其内部结构如图1所示。

  其主要特性如下:

  (1)36 mm×48 mm的光敏面;

  (2)优异的抗光晕性能;

  (3)22兆有效像素(8H×5 344 V);

  (4)可实现垂直子采样;

  (5)高的线性动态范围(>72 dB);

  (6)数据传输率高达27 MHz;

  (7)可实现单路,双路和四路同时输出。

  该芯片在结构上分为3部分,中间最大的区域为光敏区,即光积分区域;上下两部分为两个输出寄存器。将光积分生成的电荷水平转移到4个角的输出放大器,输出放大器将光生电荷形成的电压信号放大并转移出CCD。

  C1,C2,c3为水平像素转移寄存器的时钟信号。A1,A2,A3,A4为垂直行驱动时钟信号。TG是光敏区与输出寄存器之间的隔栅;OG是输出栅;sG是输出栅之前的最后一个栅;RG是输出放大器。该芯片的最大特点是将光敏区生成的图像分成W,X,Y,Z四个对称的象限,每个象限的电荷可以以不同的方向转移,通过四个输出端同时输出,有效地提高了帧速率,单端输出的帧速率为1帧/s,而四端同时输出就可以达到3.6帧/s。

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关键字:CPLD  CCD  图像传感器  设计

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/0609/article_634.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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