基于FPGA的線陣CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序電路設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　電荷耦合器CCD具有尺寸小、精度高、功耗低、壽命長、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，在圖像傳感和非接觸測量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于CCD芯片的轉(zhuǎn)換效率、信噪比等光電特性只有在合適的時(shí)序驅(qū)動(dòng)下才能達(dá)到器件工藝設(shè)計(jì)所要求的最佳值，以及穩(wěn)定的輸出信號(hào)，因此驅(qū)動(dòng)時(shí)序的設(shè)計(jì)是應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。通用CCD驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)有4種實(shí)現(xiàn)方式：EPROM驅(qū)動(dòng)法；IC驅(qū)動(dòng)法；單片機(jī)驅(qū)動(dòng)法以及可編程邏輯器件（PLD）驅(qū)動(dòng)法。

　　基于FPGA設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路是可再編程的，與傳統(tǒng)的方法相比，其優(yōu)點(diǎn)是集成度高、速度快、可靠性好。若要改變驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)序，增減某些功能，僅需要對器件重新編程即可，在不改變?nèi)魏?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/1751/" target="_blank">硬件的情況下，即可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路的更新?lián)Q代。

　　2 CD 1501D CCD工作參數(shù)及時(shí)序分析

　　2．1 TCDl50lD CCD工作參數(shù)

　　所選器件是日本TOSHIBA公司的TCDl50lD CCD作為光電傳感器，該芯片是高靈敏度、低噪聲和寬動(dòng)態(tài)范圍的線陣CCD器件。主要參數(shù)如下：

　　光敏像元數(shù)：5000個(gè) 像元尺寸：7μm×7μm×7μm

　　光譜響應(yīng)范圍：300～l 000 nm靈敏度：10．4～15．6V/Lx．s

　　動(dòng)態(tài)范同典型值：3 000 nm飽和曝光度典型值：0.23Lx．s

　　驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘頻率最大值：12 MHz

　　該器件正常工作的驅(qū)動(dòng)脈沖主要有：復(fù)位時(shí)鐘RS、移位脈沖φ1、φ2和轉(zhuǎn)移脈沖SH。該器件具有5 000個(gè)有效像元，正常工作還需要76個(gè)虛設(shè)單元輸出（dummy outputs）信號(hào)。由于該器件是兩列并行傳輸，所以在一個(gè)周期內(nèi)至少需要2538個(gè)φ1（或φ2）時(shí)鐘脈沖才能完成一幀圖像轉(zhuǎn)移。

　　2．2 驅(qū)動(dòng)時(shí)序分析

　　各驅(qū)動(dòng)時(shí)序之間正確的先后關(guān)系是保證CCD正常工作的前提。具體時(shí)序關(guān)系如圖1所示。