一种新型线阵ccd驱动电路的设计方法

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1、一种新型线阵CCD驱动电路的设计方法［作者：丁忠林　刘尧猛　张建民    转贴自：微计算机信息    点击数：328    更新时间：2008-10-20【字体：A 】designandapplicationofdynamicCCDDrivingCircuitAbstract:inthispaperanewwaytodesignlineararray  CCDdrivingcircuitispresented。inthedesign,PLDisusedtocontroltheCCDoptical-integral-time dynamicallywithoutchangin

2、gtheprimaryfrequencyofthesystem.sotheCCDoptical-integral-timecanbechangedwiththeintensityofthebackgroundlamp-housesoastoimprovethesystemprecisionand avoidthesaturationdistortionproblemoftheCCDoutputsignal.Thismethodhasbeenappliedinthestripplesteelsverticalcuttingcentering-systemandbeenprov

3、edtobehighlyeffective.Keyword:lineararrayCCD;dynamiccontrol;CCDoptical-integral-time;drivingsignals; 摘要：本文提出了一种新型线阵CCD驱动电路的设计方法。采用该方法，不改变系统工作主频就可以动态控制CCD光积分时间随着光源强度变化而变化，从而提高了系统精度，解决了CCD输出信号因环境影响引起的饱和失真和背景与物体无法分开的问题。此电路用可编程逻辑器件EPM7032C44实现，已将该方法应用于带钢纵切机组自动对中系统中，获得良好的效果。关键词：线阵CCD；动态控制；光积分时间

4、；驱动信号1 前言线阵CCD具有体积小、分辨率高、稳定性好、抗干扰性强、测量误差小等特点[1]，被广泛应用于非接触工件尺寸的测量中。线阵CCD应用的关键是驱动信号的产生及输出信号的处理[2]。驱动信号由驱动电路产生，因而在线阵CCD应用中需要着重考虑驱动电路设计。目前常用的有以下三种CCD驱动电路设计方法：（1） 直接数字电路驱动法 该方法电路的实现复杂，调试困难，使用不便[2]。（2） 单片机驱动法 该方法单片机输出的驱动信号频率低，速度慢，不适合应用在高速数据采集中[3]。（3） 记数分频法   该方法是通过改变系统主频或者计数器的初始预置值实现积分时间的改变，灵活性差

5、。系统主频的改变将影响模拟通道的处理，而计数初值的改变会影响驱动波形[3]。以上三种方法均属于静态驱动方法，CCD光积分时间不受背景光强的控制。而在实际应用中，CCD是工作在复杂恶劣的环境中，CCD的输出信号与光的强度和CCD单元的光积分时间成正比。在CCD光积分时间一定的情况下，光的强度过高时，CCD输出信号会出现饱和失真；光的强度过低时，输出信号过低，使得景物与背景模糊，无法分开。本文提出了一种采用动态控制CCD光积分时间的新型线阵CCD驱动电路设计方法，即背景光强时使CCD光积分时间短；背景光弱时，使其积分时间长些，从而使CCD输出信号在正常工作范围内。此外，在基于D

6、SP带钢纵切机组自动对中系统中，采用本方法，利用可编程逻辑器件通过控制CCD的光转移脉冲周期改变光积分时间，从而在系统主频不变的情况下，使CCD驱动信号和输出信号在恶劣的环境中正常工作。2 CCD的结构、工作原理及驱动波形2.1 CCD的结构电荷耦合器件（ChargeCoupleDevice,简称CCD）是一种新型光电传感器件。它的基本单元是MOS结构，它能存储由光产生的电荷信号，当对它施加特定时序脉冲时，其存储电荷能在CCD内作定向移动而实现自扫描，输出电压信号的大小与CCD单元存储的电荷多少成正比[4]，CCD单元存储电荷多少与光的强度和CCD单元光积分时间成正比。TC

7、D1206UD型线阵CCD结构框如图1所示。它由2236个pn结光电二极管构成光敏元阵列，其中前64个和后12个是用作暗电流检测而被遮蔽的，用符号Dn表示；中间的2160个光电二极管是曝光像敏单元，每个光敏单元的尺寸为14μm长、14μm高、中心距为14μm，用Sn表示。光敏元的两侧是存储其电荷的MOS电容列——存储栅。MOS电容列两侧是转移栅电极SH。转移栅的两侧为CCD模拟移位寄存器，其输出部分由信号输出单元和补偿输出单元构成[4]。2.2 CCD工作原理及驱动信号波形CCD只有在一定的驱动脉冲作用下才能正常工