基于VHDL的XRD44L60驱动时序设计

　　1  引言

　　电荷耦合器件(Charge Coupled Devices，简称CCD)是一种光电转换式图像传感器。它利用光电转换原理将图像信息直接转换成电信号，实现非电量测量。由于CCD的输出信号是负极性的离散模拟信号，并且混杂有幅度较大的复位脉冲干扰，为了获得高质量信号，必须对CCD输出信号进行直流箝位、相关双采样、低通滤波和放大等预处理，以消除各种干扰和噪声。同时，为了便于计算机处理和大容量存储，还必须对CCD输出信号进行数字化处理。目前市场上CCD专用的视频信号处理器件不仅具有双采样技术，而且还具有自动暗电平补偿、自动增益和A／D转换等功能。这里给出了一款CCD专用的视频信号处理器件XRD44L60，并介绍了基于VHDL 的XRD44L60CPLD逻辑控制电路。

　　2  XRD44L60简介

　　XRD44L60是Exar公司CCD专用的视频信号处理器件。该器件是针对CCD影像应用产品而设计的。XRD44L60采用相关双采样 (Correlated Double Sampling，简称CDS)技术提取图像信息，可编程增益(Programmable Gain Amplifier，简称PGA)控制范围可达6 dB+38 dB，具有良好的输人信号箝位和CDS输入偏移校正性能，并提供暗电平箝位，给出准确的暗电平参考。XRD44L60还有一个10位A／D转换器，转换速率高达16 MHz，便于CCD阵列信号的数字处理。此外，XRD4-4L60的串行接口包括一个10位的移位寄存器和多个并行寄存器，可用于编程设置其工作参数。 XRD44L60的电源电压为3.0 V，功率为120 mW，适用于小型化嵌入式CCD数字相机系统。

　　3系统电路设计

　　XRD44L60硬件电路设计如图1所示。其中，In_Pos和In_Neg为模拟信号输入端口，用于连接CCD的输出信号。CLAMP，SHD，SHP 及RSTCCD为时钟信号控制引脚，用于连接CPLD信号的输出端，以控制器件工作。LOAD，SDI，SCLK为串行接口可编程设置XRD44L60的工作参数。DB0～DB9为10位数字信号输出，可与信号处理单元连接。

　　4 XRD44L60的时序控制

　　采用可编程逻辑器件(CPLD)技术和VHDL语言实现对CCD视频信号处理器件XRD44L60的控制，使其完成CCD视频信号的放大、噪声处理及数字化，并输出对应的数字信号。XRD44L60的工作时序需要根据具体的CCD器件来确定。下面以TCD1501D型CCD为例，介绍XRD44L60的工作时序。TCD1501D的工作频率为1 MHz，CCD输出信号周期为2μs，其外部时钟输入由有源晶体振荡器提供，频率为8 MHz。当CLK_POL为低电平时，XRD44L60的时序如图2所示。驱动脉冲包括CCD复位脉冲RSTCCD、相关双采样暗电平时钟SHP、相关双采样信号电平时钟SHD、相关双采样箝位控制脉冲CLAMP。

　　4.1 RSTCCD脉冲的产生

　　由图2可知，RSTCCD的周期为2μs，占空比为1：7。因此，可对输入时钟脉冲16分频，其高电平占2个周期的时钟脉冲；低电平占14个周期的时钟脉冲。当计数器计数到15时，计数器清零，重新计数，相关程序源代码如下：

　　4.2 SHD和SHP脉冲的产生

　　由图2判断出，SHD和SHP的周期均为2μs，占空比为1：1。因此，可采用上述方法获得这两个脉冲。 
　　4.3 CLAMP脉冲的产生

　　CLAMP脉冲由CCD的输出决定，即当CCD的输出信号为像元信号时，CLAMP为高电平；当CCD的输出信号为暗像元信号时，CLAMP为低电平。

 　　5驱动脉冲仿真波形

　　该没计采用QuartusⅡ仿真软件进行仿真。仿真波形如图3所示。其中，CLK和CCD为输入信号；CLAMP，SHD，SHP及RSTCCD为XRD44L60的驱动信号。

　　6  结语

　　基于VHDL的XRD44L60逻辑控制电路能够产生满足系统要求的驱动脉冲，整个系统设计能够达到预期效果。将VHDL应用于XRD44L60时序电路设计，系统设计更简单、灵活、可靠，因此可广泛用于使用CCD的影像产品中。