fpga_asic-基于cpld工作模式可调的线阵ccd驱动电路设计80534

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FPGA_ASIC-基于CPLD工作模式可调的线阵CCD驱动电路设计80534本文由烤鸭的幸福贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。光 子 学 报第3卷第3期9            21年3月00ATPTIASNCCAHOONCIIA文章编号:0441(000465102321)303Vl3o3o.9N.Mrh21ac00基于CL工作模式可调的线阵CD驱动电路设计PDC谭露雯,李景镇,陆小微,杨帆(深圳大学电子科学与技术学院深圳市微纳光子信息技术重点实验室,广东深圳586)100摘 要:对传统驱动电路一旦做出修改,需对硬件或程序进行改变的缺点,型号为针则以介绍了一种工作模式可调的驱动方法.方法是利用复杂可编程逻该TD77的线阵CD为例,C10DC辑器件和控制外端结合,通过分别设置内外触发来实现的.在外触发模式下,利用外触发脉冲,可由内触发时,以调节CD的积分时间和驱动频率.提高可为用户控制CD的曝光和信号输出时间;CC针对EMC问题给出了线阵CD的外围驱动电路.验结果表明,方法调试方实该信号输出质量,C便、电路结构简单、集成度较高、输出信号可靠稳定、受干扰小,可配合多种用户需要,对高速精确测量及线阵推扫模式具有一定参考价值.关键词:光电技术;线阵CD驱动;复杂可编程逻辑器件;工作模式;电磁兼容C中图分类号:34    文献标识码:TN6A    犱犻138/zb0093.46狅:0.78gx2130030引言 线阵CD由于具有实时传输光电变换信号、自C频能扫描速度快、率响应高、够实现动态测量等优 已广泛应用在产品尺寸测量、分类和条形码等许点,多领域应用场合不同,CD的要求也不同,对C因.此驱动电路成为应用的关键技术之一.前,C目CD2驱动方法主要有直接数字电路驱动法[],POMER34驱动方法[],单片机驱动方法[],结合直接数字电路56专用I驱动方法[]和可编与单片机的驱动方法[],C78程逻辑器件驱动方法[].基于这些方法得到的一般[]11驱动时序分析 低暗电流、有效像TD77是一种高灵敏度、C10D素单元为75个的双沟道并行输出线阵CD[].40C9它正常工作时需要5路脉冲驱动,转移脉冲S、即H驱动脉冲F与F、SP各12复位脉冲R和钳位脉冲C,脉冲时序之间的相位关系如图1.驱动设计,需要在修改硬件结构或者更改程序的基当频率较高时,波形易受础上才可以改变某些功能.为了解决这一问题,实现电路的灵活多样电路干扰.性,出信号的稳定可靠性,本文以型号为输引进一种工作模式可TD77的线阵CD为例,C10DC调的设计方案.运用复杂可编程逻辑器件(opeCmlxPormmbeLgcDveCL)为时序设计rgaaloiei,PD作c载体,将选择器和外部控制电路相结合,用户可以在并宽范围内对驱动时序进行改变,结合电磁兼容(lcrMgecCmablyEMC)技术令Eetoentioptli,iit该CD电路板得到稳定可靠的信号输出.电路适用C于高速CD,记录一维瞬态信息具有一定意义,C对可用于线阵CD推扫模式.C图1 TD77的驱动时序关系图C10DFg1 TmnhrfTD77i.iigcatoC10D当S脉冲高电平到来时,值F为高电平,正H1感光阵列和移位寄存器之间导通,敏区积存的信光 号电荷便转移到相应奇、寄存器内.H电平由高偶S变低时,二者隔离,电荷信号则在脉冲F与F的驱12动下依次经O1与O2端口输出.于该CD是由SSC两列并行传输,因此一个周期时间内需要至少3977个驱动脉冲,首先输出1个虚设单元信号,输出再3然5个暗电流信号,后连续输出32个有效像素175单元.在紧接着输出的7个暗信号后再输出1个奇以后便是空驱动.空驱动数目可以是任偶检测信号,意的,利用它可以延长光积分时间.2电路设计及硬件实现 国家自然科学基金(0702资助6474)Tl052561e:756327Ea:zz.ucmil@sue.lidnj收稿日期:09012031修回日期:090320512.驱动电路工作原理1 传统驱动电路利用时序发生器只是提供CDC3期谭露雯,基于CL工作模式可调的线阵CD驱动电路设计等:PDC473芯片所需的时钟脉冲,当各时序设定好后,如想更改以符合不同的实验要求,则必须对程序进行修改.基本于TD77的工作时序要求,文在设计电路时C10D充分考虑了实际需求,工作原理框图如图2.外部由时钟提供主脉冲,驱动时序通过编程后由编程端各口JAG下载至CL,用CL和控制电路结TPD利PD将来自外部的控制命令转换成相应的控制信号,合,再传递至CD芯片.外部控制端主要是由进行选择C的拨动开关以及微处理器通过的接口电路组成.将CD芯片的弱小信号进行一个放大处理后信号输C出. 触发模式有效,光积分以及信号输出时间由外触发脉冲et决定.t的上升沿触发,它高电平期间在xex进行电荷的转移输出,时间长短由微处理器根据内,用户的具体需要通过接口电路设置,必须大于相但同驱动频率下最短积分时间.在内触发模式下,通过选择器和计数器可以调节积分时间.分时间的控积制由输入到驱动器的4根数据线M0~M3所设置的TL电平构成的二进制数进行设置.其中M3为T高位,0为低位.T的高电平为‘’当‘00’MTL1,00时而11为为最短的时间,‘11’最长的时间.是默认t0积分时间和可调积分时间的切换.驱动电路还对外提供了2路用于采样的接口信号:行同步脉冲F和像元同步脉冲SF上升沿CP.C电路工作对应于CD第一个有效像元的有效期间.C时可以在每个F的上升沿开始对CD输出的有CC图2 驱动电路工作原理框图Fg2 Shmtigafdiigccii.ceacdarmorniuivrt效视频信号进行采样.冲S是为了消除由开关脉P获复位和内部参考电压产生的干扰电平,得好的采它样输出而设置的,的上升沿对应于单个像元的视1频信号区[0].2.驱动时序的电路实现2 本设计采用Atr公司MA70S系列的laeX00芯片E76SC41,但为CD提供不CLPDPM04T40C驱动,而且也为输出信号的采集提供时钟以及其他以0电路的时序匹配.8M晶振作为CL的基准时PD钟信号,设置9个控制输入与驱动电路板上拨动开关和数据线对应,对不同模式进行选择,它们分别是t、、x、0、1、0、1、2、3.mmm0tetssm1将8M主时钟进行分频得到四档驱动频率100z2.z5z令1MH、MH、5MH和1.MH,s设为高z5 位,0设为低位,关在OF位时代表‘’在ON开sF1,位时代表‘’‘0时频率最低,1’‘1时频率最高,通0,0’可以选择不同频率.通过与门和或过改变开关状态,门逻辑,依次可以得到R、P和S时序.SCH‘位外t是用于内外触发模式的切换.0’置时,1从TD77输出的2路视频信号因其负极C10D性、并且有效信号幅值较小,不利于观测及进行数据处理.对这一情况,用A84对O1、S分针选D01SO2在放大电路中,为了方便对不同情别进行反相放大.选用了两个电位器代替固定阻值的电况进行更改,阻,调整它们的阻值可以分别调整放大器的放大倍率和放大器的正向输入端电位.2.仿真结果3 利用QatsI软件,成CD的各路工作驱完uruIC动时序的设计并进行编译仿真,后将程序下载到然以时CL芯片.驱动频率为1M为例,序仿真结PD0果如图3.图3 TD77驱动电路仿真波形C10DFg3 SmltnwvfrfTD77i.iuaoaeomoC10Di483光 子 学 报3卷9()选  图3a是内触发模式下的仿真,择了最短光积分时间,周期为34μ;3()外触发模式的8s图b是仿真初始输入的et脉宽为40μ,高电仿真图,x0s在平期间,驱动脉冲工作,电荷进行转移传输;3()图c是将仿真结果放大,1、2频率为1M,S、P的FF0RC脉宽均为2sC相位稍落后于R,以看出脉5n,PS可冲间的关系符合时序要求.2.电路板制作4 电路搭建过程中,号源、种电路元器件、信各传影输路径都容易对信号形成干扰,响输出信号的完 12整性[11].此,设计中考虑了EMC问题,求因在力负载端和传输线的特性阻抗不匹配,信冲由于源端、号多次发生反射,致信号波形产生畸变,中F导其1过冲时的电压与额定电压的比值达到1.6,接之2端后,比值仅为1.6,信0比较可发现,号得到了较大的改善.3实验结果 在日光照射下通过示波器进行测量,严TD77各时序驱动脉冲与仿真结果吻合,格C10D图遵照各自的相位关系.4是没有考虑EMC情况下从示波器观察到的F脉冲.的波形有所失真,它1最高峰值和谷值超过规定值,存在过冲和振铃现象,这会对器件造成损伤,使芯片寿命减少.5是并图位下F与R的时序波形图,于上方的是F脉冲,S11方是RR与F的周期相同,1的占空比为1∶S.SF1同2,S的脉宽是F的一半.样选取横坐标每格为R1由图可以看出,比起图4,冲波形上升脉5s记录,0n电压较为稳定,号得到很好的改善,明信说沿变缓,电路板较好地抑制了信号反射,降低噪声.降低干扰.从元件布局上,安排CD、PD、振和放先CCL晶大器这些敏感、易辐射干扰的元件,遵从高速到低速的原则.晶振提供的时钟脉冲是系统高频噪声的主要来源.为降低时钟感应造成的尖峰干扰,需要将晶驱振与CL引脚尽量靠近,动器贴近CD各管PDC脚,晶振外壳接地并固定,并用地线把时钟区隔离起来.任何电路都存在差模和共模电流.模电流的差最大辐射电场强度为:=犃2狊30,中,为犈犈犳犐/8狉式最大辐射场强,为观察点到差模电流环路的距离,狉犃犐犳为差模电流的频率,为差模电流的环路面积,犛为差模电流的强度.式子可看出场强和回路面积由成正比.为减小差模发射电平,最有效的途径就是减小信号环路的面积.共模辐射最大场强 计算公式可描述为:=犈16×1-7(··)1狉)从式中可知道犈与电2.0犳犐犾(/,缆的长度犾,模电流频率犳,模电流强度犐成正共共比.考虑到这两类骚扰电流对线路板的辐射,布在线时,信号线尽量靠近地线,犃尽可能减小;小令减电缆长度,并将共模电流旁路到地来减少共模辐射.电源线和地线在允许范围内尽量加宽,保证电源线、地线的走向与数据传输的方向一致.另外,由于传输线本身具有特性阻抗,可表示为9犎l(槡7941)n(5.8+犜)0.犠8ε+1.狉图4 改善前F的时序图1Fg4 WvfrfFtmneunei.aeomo1iigsqecbfrenipoeeoebigmrvd犣=0式中犠是线条宽度,是印制线厚度,是信号线犜犎与参考平面的间距.狉是质材料的有效介电常ε1数[3].对于高速信号线考虑信号完整性要进行阻抗匹配.对于过载传输线这里主要采用源端端接处理,根据犚0+犚1=犣,0是源端阻抗,1是端接电阻,犚0犚经选取合适的电阻值对各部分进行串联端接和电容接地滤波后再进行信号输出.在未端接犚1时,CL输出的各路驱动脉从PD图5 F与R的波形图S1Fg5 Wvfrfiigsqecewe1adRi.aeomotmneunebtenFnS两输出端输出的信号采用LD光源进行测试,E经数据采集卡后观测到的结果为图6,坐标表示横的是像元个数,坐标代表信号A转换后光强的纵D3期 谭露雯,基于CL工作模式可调的线阵CD驱动电路设计等:PDC493灰度级.为该CD芯片是两端口输出,偶信号因奇C产生的波形必须基本一致,经过整合后,才能正常输图()出75个有效像素.6a是处理噪声前的输出.40曲线上毛刺较多,不够平整,测量时取值容易出现误差;6()图由b是去除噪声滤波过后的输出,图可见整合后的曲线较为平滑,明本驱动电路能够正常说有较高的精度.工作,[]Bin:ulhnosfEetoisnuty20M.eigPbsigHueolcrnIdsr,03.icj王庆有.像传感器应用技术[]北京:子工业出版社,图电M.2003.[]2 GUOCau.tdftedieccifcagopehohiSuyohrviurtohreculddve[]犑狌狀犾狅犖狉犺犪狋犆犻犪犐狊狋狋犳犈犲狋犻eiJ.狅狉犪犳狅狋犲狊犺狀狀狋狌犲狅犾犮狉犮c犻犘狑狉犈犵狀犲犻犵,02,21:96,3.狅犲狀犻犲狉狀202()514郭朝晖.C驱动电路的研究[]东北电力学院学报,02,CDJ.202()51,3.21:964[]HAOJnq,3 ZuiGUOZiogLi,犪.hplaofhyn,IBn犲犾Teapctno狋iiC.Te5hlerCDsnoaenMPadERiaCesrbsdonUnPOM[]htPoednsoItraoaSmoimoTsadrceigfnentnlypsiunetnMaueetSeze:nentnlAaeiulhr,esrmn,hnhnItraoacdmcPbsesii20:2023032322.[]4 WANGHih aAdsnoCrigccisganwuu.eifCDdiniuvrtuinegtposgecipoesr[]犑狌狀犾狅犡狀狋犻nyefilhprcsoJ.狅狉犪犳犻犵犪犘犾狋犮狀犮犆犾犵,09,61:98狅狔犲犺犻狅犾犲202()72.犲王慧华.一种基于新型单片机的CD驱动电路设计[]邢台CJ.职业技术学院学报,09,61:98202()72.[]5 YUYn,iigRAOFoQAODog犲犪.emtotub,Iayn,犾Anwehd狋teinCDdiigcci[]犆犻犲犲犑狌狀犾狅犲狊狉odsvrtgCrniuJ,犺狀狊狅狉犪犳犛狀狅狊犪犱犃狋犪狅狊,05,82:89狀犮狌狋狉201()3830.虞益挺,饶伏波,乔大勇,.等一种新型CD驱动电路设计方法C[]传感技术学报,05,82:89J.201()3830.[]6 YANaigCOJnzogLUB,犾.CdieGFnqn,Aihn,Io犲a狋犪CDrrvssebsdoS80[]犃狉狀狌犻犪犆犿狌犲nAA13J.犲狅犪狋犾狅狆狋狉犮ytmae犜犮犻狇犲,05,52:01犲犺狀狌203()1811.阳范青,剑中,波,.于S80的CD驱动系统曹刘等基AA13C[]航空计算技术,05,52:01J,203()1811.[]HOUJnkn,7 ZiagCHEXnhaZaNiu,HOUWn,犪.einag犲犾Ds狋gadipeetotmneeaofnerlieajsalnmlmnfiiggnrtroitgatmdutbeCDcmr[]犃狋犺狋狀犮犻犻犪,0 8,7(1)20CaeaJ.犮犪犘狅狅犻犪犛狀犮2031:302034.周建康,陈新华,周望,.等积分时间可调的CD相机驱动时序C设计与实现[]光子学报,08,71)2034.J.203(1:3020[]EVEGA,SRAH,OYI犲犾.htn,8 DREWETAMOD狋犪Poo图6 信号输出Fg6 Sgaotui.inluptcutggmmaeabsdonetouiligCDoniaacmraenalrnmlpynCnct[]犈犈犜犪狊犖犮犮,05,23:88J.犈狉狀狌犾犛犻205()5058.犐[]OHBCDcroao9 TSIACoprtn.TD77Dtset[B]iC10DaaheE.oht:/wdtsetaao.m,01:1tp/ww.aahectlgc2012[0 Z1]HANLnLYni,Gi,IogxnHUXeyuRsacnCDuo.eerhoCvdosnlpoesgbsdoorltddulapnieiarcsinaencreeobesmlgaig[]犑狌狀犾狅犃狋狅犪狋犕狋狅狅狔犪犱犕犪狌犲犲狋,J.狅狉犪犳狊狀狌犻犲狉犾犵狀狉犮犲狊狉犿狀20,72:33072()37.张林,李永新,胡学友.基于相关双采样技术的CD视频信号C处理研究[]宇航计测技术,07,72:33J.202()37.[1 LUJnbn,UNJnTANZiu.eaitfhC1]IiiSau,IhhiRlbiilyotePBdsnadEMC[]犈犲狋狅犻狊狉犮狊犲犺狅狅狔,06,7einJ.犾犮狉狀犮犘狅犲狊犜犮狀犾犵202g()2124.5:88刘建斌,孙军,田智会.电磁兼容与电路板的可靠性设计[]J.电子工艺技术,06,75:8820 2()2124.[2 CDE1]ORANUND,LECC,SSONSUVATAP,狋犪.犲犾AvnemtoolcrmgecivsgtnoC/dacdehdfretoantnetaofPBeiiiPWBlyusC]犛犐,07,65:653:9.aot[.犘犈20636311[3 HAHMOOY,YRZ,EI1]SITOOUSTRAH,犲犪.狋犾Maueetorstlbtencosgsprodcoesrmnfcosakewersinuecnutrmcotpie[]犃狏犛狆狉狅犱,03,1()17irsrlsJ.犱狌犲犮狀20in52:421747.4结论 驱动电路设计的研究重点主要在于:时序间各需保持严格的相位关系;灵活可调,能够适用多个用输将PD户需要;出信号精度高.CL与控制外端结合,针对需要光积分时间和驱动频率在较宽范围改变的情况下,设置了两种不同的工作模式,实现由用户控制信号的转移和输出时间,方便调节,设计中结合EMC问题,低了电路的干扰.验证明,C降实CD的时序和信号输出均能正常工作,波器和采集卡示上观测到的信号曲线稳定平滑,噪声较小,且电路稳定可靠,集成度较高,对其它CD芯片来说,具有一C定的通用性.参考文献[]1 WANQno.hapetcnlgomgsnoGigyuTepldehooyfiaeesri404光 子 学 报3卷9犇狊狀狅犻犲狉犆犇犇犻犻犵犆狉狌犻犺犉犲犻犾狅犽狀犕 犱狊犲犵犳犔狀犪犆狉狀犻犮犻狋犾狓犫犲犠狉犻犵狅犲犻狏狋狑犅狊犱狅犺犘犇犪犲狀狋犲犆犔TANLe,Iigze,UXae,uwnLJnhnLiowiYANGFna(犺狀犺狀犓狔犔犫狉狋狉狅犕犮狅犖狀犺狋狀犮犐犳狉犪犻狀犜犮狀犾犵,狅犾犵狅犈犲狋狅犻犮狀犲犛犲狕犲犲犪狅犪狅狔犳犻狉犪狅犘狅狅犻狀狅犿狋狅犲犺狅狅狔犆犾犲犳犾犮狉狀犮犛犻犮犲犲狋犪犱犜犮狀犾犵,犺狀犺狀犝犻犲狊狔,犺狀犺狀,狌狀犱狀586,犺狀)狀犲犺狅狅狔犛犲狕犲狀狏狉犻犛犲狕犲犌犪犵狅犵100犆犻犪犃狊犪狋AdiigccieinoTD77wspeetdIoloecmhhrcmno犫狋犮:rniu狉vrtdsgfC10Darsne.tcudvroetesotoigfcmmncciwihieddthnetehrwrrpormmncshodinhsbeooiurthcsneeocaghadaeorgaeiaetecnioaentmdidTieinsostofxbewrigmdsoesnenlbrtmd,eohrsetraoie.hsdsfehghwwliloknoe,niitrausoetteixenlhbrtmd.hxenlbrtmd,euescncnrlhieoxoueadsgauptyusoeIeetrausoetsraototetmfepsrninlotusbntmasoetratgeepleItgaotmaddiigfeunyoCDcnbtndenfxenlrgrdus.nertnienrnrqecfCiivaeuesmlnosynteohrmd.hucoscreuystnitranxenltgeeiuaeuliht 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