基于FPGA的面阵CCD驱动电路的设计

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。

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。

作者：侯新梅 李自田 胡炳樑   来源：现代电子技术