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1、基于CPLD的帧转移面阵CCD驱动电路的设计第5卷第21期2005年11月1671-1815(2005)21-1685—05科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVol.5No.21NOV.2005@2005Sci.Tech.Engng.航空航夭基于CPLD的帧转移面阵CCD驱动电路的设计冉晓强汶德胜梁义涛(中国科学院西安光学精密机械研究所，西安710068)摘要针对e2v公司的CCD47-20BackthinnnedNIMO型CCD,详细地介绍了其帧转移面阵CCD的驱动电路的设计•选用Altera公司的可编
2、程逻辑器件EMP7128SLC一84-10设计了CCD的驱动时序;CCD的偏置电压电路采用国家半导体公司的LM117T设计;CCD驱动器则是用了MAXIM公司的MAX4426MJA完成了设计.设计的CCD驱动电路可以满足其帧转移面阵CCD的各项驱动要求.关键词驱动电路CCD47—20BackthinnnedNIMO复杂可偏程逻辑阵列(CPID)偏置电压CCD驱动器中图法分类号V211;文献标识码A随着航天技术的发展，在航天器姿态高精度测量,空间遥感和对地观测等领域，高灵敏度,高信噪比的航天用CCD相机得到了更广泛的应用,这样使CCD相机安全平稳工
3、作的CCD芯片驱动电路的设计就显得尤为重要.特别是性能优越的帧转移而阵CCD器件，随着其驱动技术的进一步发展，应用领域在不断扩大.CCD的驱动电路主要由驱动时序产生电路,偏置电压产牛电路和驱动器电路组成.CCD驱动电路的发展主要是其驱动时序产生方法的不断更新.以前使用的而阵CCD的单片机驱动方法,不利于驱动时序的调试.EPROM驱动的方法，在时钟频率较高时要求EPROM的读岀速度较快，因此不适合设计高速时序电路•而且,EPROM的改写需用专用的编程器完成.数字电路直接产生，直接使用分离元件设计，硬件复杂，所需器件较多,而且调试困难，只有做成电路板
4、才可以调试,而且一旦修改，就得重新设计电路板，成本较高，缺少灵活性•而偏压电路和驱动器是根据不同CCD器件的技术要求选用合适的电子器件设计的•可见对于CCD驱动电路的设计，在完成了合适的偏压和驱动器设计之后•为了高速，可靠地完成整个CCD驱动电路的设计，应用2005年6月15日收到第一作者简介:冉晓强，男，中国科学院西安光学精密机械研究所硕士，研究方向:信号与信息处理.CPLD技术设计面阵CCD的驱动时序就显得很重要•利用复杂可编程逻辑阵列(CPLD)实现,电路可靠，器件延迟吋间短•而口使用EDA软件可以实现电路设计，模拟，器件编程等全部设计，开
5、发方便，调试灵活.因此该设计就是一个基于CPLD技术的帧转移面阵CCD驱动电路的完整的硬件设计.1CCD47—2OBackthinnnedNIMO简介CCD47一2OBackthinnnedNIMO是e2v公司生产的低噪声背照式的帧转移面阵CCD,分双路输击和单路输出两种输出格式，其主要的性能参数如下.(1)感光区面积:13.3mmX13.3mm;⑵像元数:1024像元X1024像元；⑶像元尺寸:13tamX13tam;⑷光谱波长范围:(2DO—llOO)nm;(5)像元读出频率:(1—5)MHz;⑹转移因子:4ttV/e(7)动态范围(20kH
6、z):50000/l;(7)暗电流(S-+9.5V,£——8Ooc):(10一lO)e一?ms?s一:(8)信噪比(20kHz):2.0e?ms一.显然此帧转移的面阵CCD的性能优越，可以用来制造多种要求的CcD相机以满足不同用户的需要.2CCD的驱动时序CCD47—2OBackthinnnedNIM()需要11路驱动信号:分别是感光区三相驱动信号11,12,13;存科学技术与工程5卷储区三相驱动信号S1,S2,S3;转移寄存器三相驱动信号R1,R2,R3;读出脉冲信号R.—个寄存器通道开关控制信号D.2.1CCD的时序分析由芯片结构可知,CCD
7、的一个工作周期分两个阶段:感光阶段和转移阶段.感光阶段实现感光阵列的电荷积累，帧存储区到转移寄存器的电荷转移以及转移寄存器向输出放大器的电荷输出;转移阶段主要完成感光阵列所积累的电荷向帧存储区的转移.在感光阶段，感光阵列接受外界光源照射产生电荷，帧转移控制信号11,12,13不变，感光阵列和帧存储区之间为阻断态，不会发生电荷转移现象;开始时由行转移控制信号S控制，电荷逐行转移到转移寄存器，行转移时，像元转移控制信号R不变，无像元信号输出;每行信号中，各像元电荷逐次经过输出放大器输出，毎读岀一行信号，进行一次行转移.三相CCD中，电荷的转移是通过三
8、相控制电压按一定顺序依次变化来实现的.此处，进行电荷转移时，三相控制时序依次变化;三相信号不变吋，为阻断态.转移阶段，帧转移控制信号11
