基于FPGA的面阵CCD驱动电路的设计

2 电源变换电路

CCD电路的工作电压取自二次电源。电路所需电压种类繁多，如CCD传感器需要+15 V电源和多种偏置电压，CCD驱动器需要+12 V，+9 V，+8 V，+4 V电源，FPGA正常工作需要的3．3 V，2．5 V，1．2 V等。为了减少二次电源的种类，并考虑到与其他部件电源的共用性，相机系统采用两种二次电源模块：+15 V，+5 V。上述各种电压均由这两种电源变换而得。为保证FPGA芯片工作的稳定，其电压由Xilinx公司专用的电源转换芯片提供。其他各种偏置电压的电源转换核心器件是LMll7。LMll7是正三端可调稳压器，这种稳压器具有良好的稳压性能，还具有短路保护、过流保护和温度保护功能。　　

LMll7的输出电压范围为1．2～37 V，H封装负载电流最大为O．5 A，它的线性调整率和负载调整率比标准的固定稳压器好。通常LMll7输入端不需要外接电容，除非输入滤波电容到LMll7输入端的连线超过15 cm。图4为实现直流偏压+12 V的原理图。图中，2、3脚之间为1．25 V电压基准，改变R2阻值即可调整稳压电压值。输出电压为：

式中：I为流经R1，R2的电流，在这里，LMll7的ADJ控制端消耗的电流非常少，可忽略不计，因此，。此处，R1和R2的阻值并不能随意设定，先，由电压变化范围1．25～37 V可知R2／R1的比值范围是0～28．6；其次，LMll7有一个最小稳定工作电流，一般为1．5 mA，如果低于此值，可能会出现稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大的现象。因此，通过设定R1和R2阻值的大小，保证V0／(R1+R2)≥1．5 mA，就能使LMll7在空载时稳定地工作。设计选择R1阻值为240 Ω，R2即可算出。R2选用电位器，便于调试；二极管D1，D2用于保护LMll7；输出电容C1能改变瞬态响应；调整端使用滤波电容C2能得到比标准三端稳压器高的纹波抑制比。

3 CCD驱动器

CCD驱动部分的作用是把CCD时序产生单元输出的各种转移脉冲信号进行功率放大，以满足CCD对驱动波形电压及电流以及时序的要求。驱动信号的好坏会对CCD的电荷转移效率产生较大的影响，从而影响成像的质量。设计中使CCD正常工作需要的驱动信号和复位信号共13种，这些信号的电压共有4种，不同的电压由上述电源转换器LMll7转换输出，再进入驱动器芯片对驱动信号和复位信号进行驱动。由于CCD为容性负载，在较大电压摆幅的情况下需要在快速的变化沿时能够提供足够大的瞬态驱动电流，因此要选择工作电流足够大的器件以满足要求。芯片选用的是Intersil公司的EL7212，和常用的ICL7667，DS0026相比，EL7212在速率、驱动能力、反应时间、抑噪等各方面表现更为优秀，其上升沿和下降沿变化得更快，容性负载为1 000 pF时的典型值为10／13 ns，更适合用于高速相机。EL7212为单电源工作方式，其应用电路如图5所示。图5中，电阻R1用于减小内部功耗，电阻R2和电容用于防止过冲，电容尽量靠近管脚。

4 结语

在分析面阵CCD传感器TH7888A的工作原理和驱动信号要求的基础上，采用可编程逻辑器件FPGA和硬件描述语言VHDL设计出合理的驱动信号时序，并选用高性能的电压转换芯片和驱动器保证CCD的正常稳定工作。实验结果表明，设计的CCD驱动电路较好地满足了CCD的工作要求。