高分辨率全帧CCD芯片FTF4027M的驱动电路设计

2012-08-31 09:49:19来源: 21ic

本文所要设计的驱动电路是机载CCD相机上的前端驱动电路。机载CCD相机能够将拍摄的图像以数字的形式采集、存储和传输,并与地面实现实时通信,因此可以很好地克服传统光学相机的缺点。随着CCD器件的快速发展,CCD驱动时序的产生有很多种方法,比如可以采用数字集成电路、单片机、EPROM器件或可编程逻辑器件等来实现。本文采用CCD专用的数字集成芯片和单片机进行设计来实现CCD驱动电路。它的优点是结构设计简单、设计周期短、电路可靠性强。而高速时序脉冲产生芯片的运用又克服了单片机晶振频率低的限制,因此足以满足高速大面阵CCD的驱动时序要求。

1 系统总体结构

CCD驱动电路系统框图如图1所示,它以微控制器P89LPC932作为系统总的控制单元,在其控制下,SAA8103与TDA9991共同为CCD芯片FTF4027M提供所需的驱动脉冲和偏置电压,协调整个相机同步工作。CCD输出的信号是带有固定图像噪声和暗电流的模

拟信号,需要运用光学黑补偿箝位电路并通过相关双采样去除噪声干扰,然后进行可在控增益放大和模/数转换,这些工作由CCD专用的模拟处理芯片TDA9965来完成。输出的12位数字信号送给DSP以便进行进一步的数字图像处理。

11.jpg

2 FTF4027M的内部结构及驱动时序分析

FTF4027M是一款1100万像素(4008×2672)的超大分辨率全帧CCD图像传感器。其内部结构如图2所示。该款芯片在结构上分为三部分,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四个角的输出放大器,输出放大器将光生电荷形成的电压信号放大并转移出CCD。该款芯片的最大特点是将光敏区生成的图像分成W、X、Y、Z四个对称的角限,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,有效地增加了帧速率,单端输出的帧速率为2帧/秒,而四端同时输出就可以达到7.5帧/秒。在本应用中,单端输出就可以满足系统设计要求,因此采用单端输出方式,电荷转移方向如图中虚线所示,A1、A2、A3、A4为垂直驱动时钟信号,C1、C2、C3为水平移动时钟信号。

22.jpg

CCD的帧转移时序图如图3所示。SSC为系统内部基准时钟信号,用于校准整个CCD的时序;CR(Charge Reset)为CCD的电荷复位信号,相当于电子块门信号;Trig-in是CCD的外部触发信号,用于控制CCD光积分的起始和结束;VA-high是控制四相A时钟的高低电平转换的信号;TG是光敏区与输出寄存器之间的隔栅,TG信号的相位和频率与A1完全一致。整个帧时序分为三个阶段,这三个阶段是循环进行的。把空闲模式阶段定义为第一阶段,在CCD空闲模式下,A时钟信号全部保持低电平。空闲模式后,CCD开始进入第二阶段,即光积分阶段,A1继续保持低电平,A2、A3、A4上升为高电平。因为CCD中的每个像素都可以看作是由四个栅极(每个栅极上连接一相时钟信号)“覆盖”的,而且像素之间必须分离开,水平方向上可以通过沟道隔离像素。为了将像素与像素在垂直方向上隔离开,必须将四个栅极中的某一个栅极电压变为0。

33.jpg

在本应用中,将A1保持低电平以起到像素隔离的作用而光生电荷则在保持高电平的A2、A3、A4的栅极下积聚起来,形成信号电荷包。光积分结束后进入第三阶段,即帧转移阶段,而帧转移又可以看成是垂直行转移和水平像素转移交替进行的,它们之间的交换转换是通过SSC电平的高低转换实现的。在SSC保持高电平时,光敏区里已经生成的光电荷在四相A时钟信号的驱动下逐行地向下转移到输出寄存器的。如图4所示,每转移完一行,SSC变为低电平,则输出寄存器就在三相C时钟信号的驱动下将这一行逐个像素地向输出放大器转移。输出放大器内有一个浮置扩散电容FD(Floating Diffusion Capacitance),它可以将接收到的电荷包转换为电压信号。

[1] [2]

关键字:高分辨率  CCD芯片  FTF4027M

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0831/article_5807.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
高分辨率
CCD芯片
FTF4027M

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved