基于CPLD的全幀型CCD圖像傳感器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2011-06-09 21:07:40來源:網(wǎng)絡(luò)

0 引 言

　　電荷耦合器件（Charge CoupledDevices，CCD）是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的新型半導(dǎo)體集成光電器件。作為一種新型的MOS器件，與普通MOS器件相比，具有集成度更高、功耗更低、設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、制造工序更少等優(yōu)點(diǎn)。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，在航天器高姿態(tài)和高準(zhǔn)確度測(cè)量、空間遙感和對(duì)地觀測(cè)等領(lǐng)域中，性能優(yōu)越的CCD相機(jī)越來越多地得到了應(yīng)用。

　　在此，將CCD應(yīng)用于數(shù)字航測(cè)相機(jī)中。數(shù)字航測(cè)相機(jī)是基于數(shù)字相機(jī)的基本原理，將圖像以數(shù)字信息的形式存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移，并與地面實(shí)現(xiàn)通信。CCD圖像傳感器是相機(jī)的眼睛，它對(duì)相機(jī)的性能起到非常關(guān)鍵的作用，因此，實(shí)現(xiàn)電子掃描功能的CCD驅(qū)動(dòng)電路是數(shù)字航測(cè)相機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

　　DALSA公司的FTF4052M 22M Full－Frame型CCD是一款全幀型CCD圖像傳感器。這里在分析該器件的工作過程中，以及對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的要求后，采用了基于可編程邏輯器件（CPLD）技術(shù)，將CCD驅(qū)動(dòng)電路集成在一塊芯片上，實(shí)現(xiàn)了CCD圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)電路，并且結(jié)合Ahera公司的EPM7160SLC84－10完成了硬件電路的設(shè)計(jì)。

1 全幀型CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序發(fā)生器原理

　　1．1 FTF4052M芯片介紹

　　FTF4052M是22兆像素（4 008 pixel×5 334 pix－e1）的超大分辨率全幀CCD圖像傳感器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　


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　　其主要特性如下：

　?。?）36 mm×48 mm的光敏面；

　?。?）優(yōu)異的抗光暈性能；

　?。?）22兆有效像素（8H×5 344 V）；

　?。?）可實(shí)現(xiàn)垂直子采樣；

　?。?）高的線性動(dòng)態(tài)范圍（》72 dB）；

　?。?）數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)27 MHz；

　　（7）可實(shí)現(xiàn)單路，雙路和四路同時(shí)輸出。

　　該芯片在結(jié)構(gòu)上分為3部分，中間最大的區(qū)域?yàn)楣饷魠^(qū)，即光積分區(qū)域；上下兩部分為兩個(gè)輸出寄存器。將光積分生成的電荷水平轉(zhuǎn)移到4個(gè)角的輸出放大器，輸出放大器將光生電荷形成的電壓信號(hào)放大并轉(zhuǎn)移出CCD。

　　C1，C2，c3為水平像素轉(zhuǎn)移寄存器的時(shí)鐘信號(hào)。A1，A2，A3，A4為垂直行驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)。TG是光敏區(qū)與輸出寄存器之間的隔柵；OG是輸出柵；sG是輸出柵之前的最后一個(gè)柵；RG是輸出放大器。該芯片的最大特點(diǎn)是將光敏區(qū)生成的圖像分成W，X，Y，Z四個(gè)對(duì)稱的象限，每個(gè)象限的電荷可以以不同的方向轉(zhuǎn)移，通過四個(gè)輸出端同時(shí)輸出，有效地提高了幀速率，單端輸出的幀速率為1幀／s，而四端同時(shí)輸出就可以達(dá)到3．6幀／s。