基于FPGA的面阵CCD驱动电路的设计
作者时间20100505来源电子产品世界
0引言CCDChargeCoupledDevices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lCCD驱动时序电路的要求及实现11CCD图像传感器TH7888ACCD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40MHz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1024×1024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
f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φM1φM4控制下向水平移位寄存器方向平移一行读出寄存器时钟φL1φL2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φL1φL2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12基于FPGA的CCD驱动时序的实现可编程逻辑器件FPGA具有集成度高速度快可靠性好及硬件可编程的特点开发灵活易于维护非常适合CCD驱动的设计设计选用的是Xili
x公司Sparta
3系列的XC3S50在分析CCD驱动时序关系的基础上采用硬件编程语言VHDL编写开发软件为ISE101程序输入为40MHz主时钟CLK由外部晶振提供输出为十三路驱动信号设计采用r