基于CPLD和VHDL的线阵CCD驱动电路的设计

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1、基于CPLD和VHDL的线阵CCD驱动电路的设计孙军L2．张学典1’2(上海理工大学光电信息学院．卜海200093；上海光学仪器研究所．上海200093)摘要：本文采用了1℃D150l型号线阵CCD为例，介绍r一种基于CPLD的VHDL语言的时砰电路的设计方泫．介绍了该驱动电路的主要特性、工作原理和驱动时序的设计方法．通过运用QuamlsⅡ的仿真和实际电路的测试结果表明：该驱动电路完全满足设计要求，符合实际的r作需要．关键字：CPLD：CCD'VHDL；驱动时序电路；DesignandImplementationofANewLinearCCDDri

2、verBasedonCPLDandVlIDLSUNJun他，ZHANGXue．dianl-2(TheUniversi≈,ofShanghaiforScienceandTechnologyCollegeofOpticsandElectronicInformationEngineering．Shanghai；ShanghaiOp6caI咖e11tResearchInstitute．Shanghai)Abstract：TakingTCDl501madebyTOSHIBACorporation笛example．thcdesignmethodofCCDtim

3、edrivecircuitbasedonbothCPLDandVHDLisinuDduccd．Itskeyfeature,principleanddesignideasofthetimingscqucxlccarcprcscntodindetail．Finally,simulateverificationis嫩dcusing也cdevelopmentofQuartmil．Thesimulationandtheresultofmeasurementdemonswalcthatthcdesigniswellworkinactualcircuit．．Ke

4、ywords：CPLD；CCD；VHDL；drivingtimecircuitl引言在CCD应用技术中，产生CCD驱动时寄的设计，是CCD驱动电路的关键之一。高速CCD的驱动时序是一组周期性且关系比较复杂的信号，它是影响CCD器件的信号处理能力．转移效率，信噪比等性能的一个重要的因素。目前，常采用的驱动方法主要有直接数字驱动法，EPROM驱动，专用IC驱动，单片机驱动等，尽管每种驱动各有其特点，但是它们仍然存在着逻辑设计较为复杂、调试困难、柔韧性性差等缺点I¨。即使目前有些驱动电路使用了复杂可编程逻辑器件(CPLD)技术12J，但其功能简单，灵活性

5、。扩展性和适用性依然较差，没有充分体现出CPLD技术的线阵CCD驱动电路的技术特点。本文给出了一种基于CPLD技术的线阵CCD驱动电路的设计方案。通过QuartuSⅡ的仿真和实际电路测试表明，这种方案可以很好的解决以往CCD驱动电路中存在的缺陷，具有很重要的应用价值。2CCD器件的基本结构及其工作原理2．1CCD的结构TCDl501是日本TOSHIBA公司生产的一款高灵敏度、低暗电流和内置采样保持电路的5000个感光像元的线阵CCD。它由5076个pn结光电二极管构成光敏元阵列，其中钱64个和后12个是用作暗电流检测而被遮蔽的，中间的5000个光电

6、二极管是曝光敏单元，每个光敏单元的尺寸是7um长、7um高中心距亦为7unf．以往CCD驱动电路的驱动频率和积分时间已固定，佣户不能根据自己的需要来调节。它们虽然可以各自独立的工作，但当用到多个驱动电路时，无法保证同时对多个或者某个特定的目标进行采样并同时输出有效的信号．TCDIS01驱动电路充分考虑了实际的需求，具有驱动频率可调，积分时间可调的特性，还能设定内、外同步，对外提供了2路同步接121信号，作为用户控制脉冲使用pJ。2．2CCD的工作原理线阵CCD图像传感器具有光电转换以及信号电荷的存储转移和读出功能。当光照在CCD光敏面上时，入射光子

7、被像元吸收，同时产生一定数量的光生电荷。在光积分期间，这些光生电荷被存储在相应像元的势阱中，每个像元势阱中所积累的光生电荷数。与照射在该像元面上的平均照度和光积分时间的乘积有关。像元势阱中所累积的电荷包，在不同相位脉冲的驱动下，就从各个势阱中转移出去，这就是CCD的原理pJ。3TCDl501驱动电路的时序设计3．1驱动时序TCDl501需要转移脉冲SH，复位脉冲RS、钳位cP及移位脉冲矽l、92五路驱动脉冲才能正常工作。CCD的1个工作周期分为两个阶段：光积分阶段和电荷转移阶段。光积分阶段实现光电荷的积累，以此同时将上一帧转到移位寄存器中的电荷向输

8、出放大器移位输出并清空移位寄存器中的无效电荷；电荷转移阶段实现光电荷向移位寄存器中转移【5l。1个sH时钟周期即为CCD的