CCD相機(jī)系統(tǒng)中驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)
作者：項(xiàng)勤建 劉爽 龍?jiān)俅?BR>
引 言
電荷耦合器件(CCD)是一種轉(zhuǎn)換式圖像傳感器，是以電荷作為信號的MOS型半導(dǎo)體器件。其基本結(jié)構(gòu)是一種密排的MOS電容器，能夠存儲由入射光在CCD光敏單元激發(fā)而產(chǎn)生的電荷，并且能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘脈沖驅(qū)動下，把存儲的電荷以電荷包的形式定向傳輸轉(zhuǎn)移，從而完成從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。CCD具有體積小、質(zhì)量輕、功耗小、工作電壓低和抗燒毀等特點(diǎn)，在分辨率、動態(tài)范圍、靈敏度等方面的優(yōu)越性也是很多其他器件無法比擬的，目前CCD器件已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到各種各樣的成像系統(tǒng)中，成為現(xiàn)代電子學(xué)和現(xiàn)代測試技術(shù)中最活躍的傳感器之一。
電荷耦合器件不同于普通的MOS型半導(dǎo)體器件，它需要在較復(fù)雜的驅(qū)動脈沖下才能正常工作。在CCD應(yīng)用技術(shù)中，用于產(chǎn)生CCD驅(qū)動時(shí)序的設(shè)計(jì)，是CCD數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。產(chǎn)生驅(qū)動時(shí)序的方法多種多樣，常用的有下面幾種：EPROM方法、直接數(shù)字電路驅(qū)動方法、單片機(jī)、專用IC等，各有優(yōu)缺點(diǎn)。由于CPLD的集成度高，在速度和時(shí)序控制上具有較大的優(yōu)勢，而且在電路設(shè)計(jì)完成后，可以根據(jù)需要將CPLD邏輯重新編程，因此選用CPLD來設(shè)計(jì)CCD的驅(qū)動時(shí)序是一種不錯(cuò)的選擇。目前，大多數(shù)CCD工作時(shí)序設(shè)計(jì)都是采用CPLD來實(shí)現(xiàn)和完成的。
1μPD795結(jié)構(gòu)原理及驅(qū)動時(shí)序
1．1 μPD795結(jié)構(gòu)原理
μPD795是NEC公司生產(chǎn)的高靈敏度、低暗電流、具有內(nèi)置放大電路和采樣保持電路的線陣CCD圖像傳感器。它內(nèi)部包含一列1 024像元的光敏二極管和兩列525位的電荷轉(zhuǎn)移寄存器�？梢怨ぷ髟�5 V驅(qū)動(脈沖)和12V電源條件下。同時(shí)μPD795具有出色的光電特性，很高的轉(zhuǎn)移效率，達(dá)到了99．996％。主要由三個(gè)模塊組成：表面積分單元，用于產(chǎn)生電荷信號；CCD移位寄存器，用于電荷信號轉(zhuǎn)移；輸出放大器，將電荷信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。
結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示，封裝形式為20腳DIP。中間一排是由光敏二極管構(gòu)成的光敏陣列，有效單元為1 024位，其作用是接收外界的光信號，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電荷信號，光敏陣列兩側(cè)分別為轉(zhuǎn)移柵和電荷轉(zhuǎn)移寄存器，在傳輸門時(shí)鐘信號φTGO的作用下，像元的光電信號分別轉(zhuǎn)移到位于其兩側(cè)的CCD轉(zhuǎn)移柵。而后CCD的MOS電容中的電荷信號在φIO的作用下從輸出端口串行輸出。
