基于FPGA的面阵CCD驱动电路的设计

2010-05-06 22:54:26来源: 现代电子技术

  0 引言

  CCD(Charge Coupled Devices)电荷耦合器件是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。近30年来,CCD器件及其应用技术的研究取得飞速进展,特别是在图像传感和非接触测量领域的发展尤为迅速,它具有噪声低、光谱响应宽、精度和灵敏度高、可靠性好等优点。CCD成像系统主要由光学系统、驱动电路、信号处理电路和图像处理电路组成。

  本文主要介绍CCD传感器驱动电路的设计,包括驱动时序产生电路、电源变换电路和驱动器电路。其中,驱动时序产生电路向CCD传感器提供正常工作所需要的各种时序脉冲;电源变换电路向CCD提供正常工作时所需的各种直流偏置电压;驱动器电路用来提高驱动时序的驱动能力。

  1 CCD驱动时序电路的要求及实现

  1.1 CCD图像传感器TH7888A

  CCD图像传感器采用ATMEL公司的TH7888A。它是一种高性能的帧转移面阵CCD器件,提供单路和双路两种输出方式,输出数据速率可达40 MHz,每秒30帧图像。TH7888A具有较低的暗电流及像元读出噪声,可用电子快门来调节曝光时间,性能优异。TH7888A由感光区,存储区和水平移位寄存器构成,有效像元数为1 024×1 024个。

  CCD的一个工作周期可分为两个阶段:光积分阶段和电荷转移阶段。光积分阶段进行感光阵列的电荷积累,存储区到转移寄存器的电荷转移(行逆程)以及转移寄存器向输出放大器的电荷输出(行正程);转移阶段主要进行帧转移,即将感光区的光积分电荷转移至存储区。要完成如上功能就要给CCD提供严格的驱动时序时钟。TH7888A的各驱动时序关系如图1所示。

TH7888A的各驱动时序关系

  图1中,φPA为帧时钟,高电平时为光积分阶段,低电平时为电荷转移阶段。φP1~φP4为帧转移脉冲,在光积分阶段时不变,在电荷转移阶段时同行转移控制信号φM1~φM4一起完成整帧的转移。在光积分阶段,行逆程状态时,帧存储区各行的信号电荷在行转移信号φM1,φM4控制下向水平移位寄存器方向平移一行,读出寄存器时钟φL1,φL2不变;行正程状态时,水平移位寄存器中的像元电荷在读出寄存器时钟φL1,φL2的控制下逐次经过输出放大器输出。每读出一行信号,进行一次行转移。一帧图像传完后,再进行下一帧图像的帧转移。

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关键字:FPGA  CCD  驱动电路

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0506/article_1121.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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