有限状态机实现CMOS成像系统驱动时序

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1、科学技术与‘工程Vo1．8No．23Dec．2008第8卷第23期2008年12月1671-1819(2008)23—6353—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2008Sci．Tech．Engng．计算机技术有限状态机实现CMOS成像系统驱动时序伦向敏侯一民(东北电力大学自动化工程学院，吉林132012)摘要介绍Cypress公司的CMOS图像传感器IBIS5一A一1300的特点以及卷帘'~tl-J工作模式，并以其为成像核心，以MaxII系列CPLD芯片EPM570T144C5为平台，搭建CMOS成像系统。采用有限状态机的方法设计并实现了系统在卷帘快

2、门模式下的驱动时序。提供了设计方法、流程，进行了系统仿真、分析和成像实验，由所得结果可以证明该方法效果较好。关键词有限状态机CMOS图像传感器卷帘快门中图法分类号TP212．15；文献标志码A目前，CCD(电压耦合器件)图像传感器和门模式下光积分和读出时序。CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器是两种主要的固体图像传感器。其中CMOS图像传感器以1卷帘快门的光积分和读出时序其集成度较高、功耗低、体积小、工艺简单、成本低且开发周期较短等特点，在工业、医疗、安保、监控、IBIS5．A．1300的卷帘快门模式的作用效果类似航空、航天和军工等众多领域应用Et益广泛。随着于单反胶片相机的卷帘

3、快门，虽然这是一种纯电子超大规模集成电路(VLSI)工艺的发展，CMOS图像操作，但是其效果就如同在图像上滑过。在卷帘快传感器芯片集成度越来越高，发展高性能的CMOS门模式下，一帧的周期可以按(1)式计算：图像传感器成为可能。FPr耳mperiod=N№LinesRRBT+PlPed0dNNPil。(1)本文研究Cypress公司的一款CMOS图像传感(1)式中，Fn～为帧周期，Ⅳ№代表每一帧读器IBIS5一A一1300，其像元采用4．T(晶体管)结构，分出的行数(y方向)；Ⅳ№代表每一行读出的像元辨率为1280×1024，主时钟可达40MHz。IBIS5．单元数(方向)；RBT代表行

4、空白时间(RowBlan．A．1300的主要特点是：6．7m高填充因子像元单kingTime)典型值为3．5s；Pixelperiod为1／40MHz：25ns。元，高动态范围，增益和偏置可调放大器，A／D转换器，随机开窗和亚采样，并利用双采样来降低固定当时钟频率为40MHz，在最高分辨率(1280X模式噪声(FPN)』。控制该芯片成像核心的大部1024)下：Fvraperiod=[1024(3．5s+25rls1280)]=分信号由片载序列发生器产生，还有部分信号(如36．4ms：>27．5f／s(2)行和帧同步信号等)必须从外部输入，选用MaxⅡ系图1为卷帘快门模式下的时序图_2J

5、。图1中Y—列CPLD芯片EPM570T144C5提供所需信号。因START为帧起始标志，至少保持三个系统时钟周期此，基于IBIS5一A一1300为成像核心，以的高电平，在Y—START为高的第二个时钟周期输EPM570T144C5为平台搭建了CMOS成像系统。并入第一个行起始标志Y—CLOCK脉冲，然后是行空采用有限状态机方法去设计、实现该系统在卷帘快白时间Tl，在这段时间内，序列发生器产生控制2008年9月17日收到信号来采样像元信号和像元复位电平(双采样FPN6354科学技术与工程8卷StartofflameLinelLinenLinen+lSYSCL0CKYSTARTYCL0C

6、KI：lI1n、1L_．二’一一一。’。。一一一一一SyncofX。shiftregis~r1s1pixelSyncofX-shinregisterN-inpixelSYSCL0CK7／_7／_7_Lj：几几几．珊．j_LnJ==i缸]f_]门nn、几r]几几『_11--7“I【f气YCL0CK～’}XSYNC(I‘“广]。__JPIXELVALIDIl1)ll：：Tz_-、，：『、，1r厂_、，·_——、—厂～—、’厂T—2、—厂——～、—，——'、、广—＼，————一图1卷帘快fl模式F的光积分和读出时序校正)，并开始一行的读出。随后内部信号X—SYNC变是在满足一定条件下完成的，

7、因此可以采用有限产生，有效像元标志PIXEL—VALID信号随之变高，状态机来设计。在有限状态机中，状态存储在多个本行像元经过(5个SYS—CLOCK周期)的延迟从触发器中，表示行为的代码存储在门级网络中。所PXL—OUT1串行输出。当像元计数器达到行读出像以在实现一个对执行时间长度和执行时间确定性元个数寄存器NROF～PIXEI3的设定值时，PIXEL一有要求的控制功能时，状态机的性能比较高。状态VALID信号变低，一行像元读出结束。从外部输