基于FPGA的线阵CCD驱动时序及模拟信号处理的设计.pdf

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1、第17卷第1期电子设计工程2009年1月Vol.17No.1ElectronicDesignEngineeringJan.2009基于FPGA的线阵CCD驱动时序及模拟信号处理的设计张殿富12,赵源（1.武警工程学院通信与信息技术研究所，西安710086；2.武警工程学院研究生大队，西安710086）摘要:为保证线阵CCD在图像测量中正常、稳定工作，必须设计出适合其工作的时序驱动电路。在分析TCD1501D线阵CCD驱动时序关系的基础上，通过分析CCD输出的图像信号[1]，给出了内、外相关双采样的时序控制。最后，利用quartus7.2软件

2、平台结合VHDL语言进行开发，对所需驱动脉冲进行仿真设计。仿真结果表明，该驱动电路简单、功耗小、成本低、抗干扰能力强，适用于设备小型化的要求。关键词:线阵CCD；现场可编程逻辑器件（FPGA）；相关双采样；驱动时序中图分类号:TN386文献标识码：A文章编号：1006－6977（2009）01-0041-03DesignofthetimedrivingandanalogsignalprocessingforlinearCCDbasedonFPGAZHANGDian-fu1,ZHAOYuan2(1.InstituteofCommunicati

3、onsandInformationTechnology,TheEngineeringCollegeoftheChineseArmedPoliceForce,Xi’an710086,China;2.GraduateBattalion,TheEngineeringCollegeoftheChineseArmedPoliceForce,Xi’an710086,China）Abstract:CircuitsoftimedrivingpulseisdesignedwellinorderthatthelinearCCDisworkingstablein

4、imagemeasuring.InthebaseofanalyzingthedrivingpulseandtimesequenceofTCD1501DlinearCCD,byanalyzingtheoutputimagesignalofCCD,thepapergivesoutCDScircuitinandoutoftheCCD.Atlast，therequiredtimesequencedrivingissimulatedaccuratelybytheuseofdevelopmentplatformofQuartusII7.2combini

5、ngwithVHDL.Theresultofthesimulationindicatesthatthedrivingcircuitischaracterizedbysimpleframework，lowpowerconsumption，andstrongantivjammingabi1ity，whichmeetthedemandofminiaturizationfortheproject.Keywords:linearCCD；fieldprogrammablegatearray(FPGA)；correlateddoublesampling（

6、CDS）；timedriving光电传感器，该芯片是高灵敏度、低噪声和宽动态范围的线1引言阵CCD器件。主要参数如下：电荷耦合器CCD[1]具有尺寸小、精度高、功耗低、寿命长、测光敏像元数：5000个像元尺寸：7μm×7μm×7μm量精度高等优点，在图像传感和非接触测量领域得到了广泛应光谱响应范围：300～1000nm灵敏度：10.4～15.6V/Lx.s用。由于CCD芯片的转换效率、信噪比等光电特性只有在合适动态范围典型值：3000nm饱和曝光度典型值：0.23Lx.s的时序驱动下才能达到器件工艺设计所要求的最佳值，以及稳驱动时钟频率最大

7、值：12MHz定的输出信号，因此驱动时序的设计是应用的关键问题之一。该器件正常工作的驱动脉冲主要有：复位时钟RS、移位通用CCD驱动设计有4种实现方式：EPROM驱动法；IC驱动脉冲准1、准2和转移脉冲SH。该器件具有5000个有效像元，法；单片机驱动法以及可编程逻辑器件（PLD）驱动法。正常工作还需要76个虚设单元输出（dummyoutputs）信号。基于FPGA设计的驱动电路[2-3]是可再编程的，与传统的方法由于该器件是两列并行传输，所以在一个周期内至少需要相比，其优点是集成度高、速度快、可靠性好。若要改变驱动电路2538个准1（或准

8、2）时钟脉冲才能完成一帧图像转移。的时序，增减某些功能，仅需要对器件重新编程即可，在不改变2.2驱动时序分析任何硬件的情况下，即可实现驱动电路的更新换代。各驱动时序之间正确的先后