基于FPGA的帧转移面阵CCD驱动电路设计

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CCD驱动电路及处理电路设计

线阵CCD系统设计童列树驱动电路设计：TCD1209D采用双向时钟驱动，要正常驱动此CCD工作，除了要提供电源外，还需提供6个驱动的信号：SH转移脉冲信号、RS复位脉冲信号、CP缓冲控制脉冲信号、Ф1和Ф2（Ф2b）模拟移位寄存器的驱动双相脉冲信号。

其中Ф2和Ф2b都是Ф2转移电极的驱动信号，只是Ф2b在模拟移位寄存器上所处的位置最靠近输出端，信号电荷将从Ф2b电极下的势阱通过输出栅转移到输出端。

但是Ф2b和Ф2的时序是一样的，可以合为一路信号，所以CCD实际上只要5路信号。

转移脉冲SH的高电平期间，驱动脉冲Ф1必须为高电平，而且保证SH的下降沿落在Ф1的高电平上，这样才能保证光敏区的信号电荷并行地向模拟移位寄存器的Ф1电极转移。

完成信号电荷的并行转移后，SH变为低电平，光敏区与模拟位移寄存器被隔离。

在光敏区进行光积累的同时，模拟位移寄存器在驱动时钟中Ф1和Ф2的作用下，将转移到模拟移位寄存器的Ф1电极里的信号电荷向输出方向移动，在输出端得到被光强调制的序列脉冲输出。

ADC的选择：对于驱动电路来说，还要对ADC进行控制，系统所用的数模转换芯片是AD9224。

AD9224是一款12位，40MSPS的高性能的模数转换器，它具有高性能采样保持放大器和参考电压参考。

因为AD9224使用的时候受ADC 时钟的控制，图3所示是其工作的采样时序图。

AD9224 概述：AD9224是一款单芯片、12位、40 MSPS 模数转换器（ADC ），采用单电源供电，内置一个片内高性能采样保持放大器和基准电压源。

AD9224采用多级差分流水线架构，内置输出纠错逻辑，在40 MSPS 数据速率时可提供12位精度，并保证在整个工作温度范围内无失码。

AD9224 特性∙ 低功耗：415 mW ∙ +5 V 单电源 ∙ 保证无失码∙ 微分非线性（DNL ）误差：±0.33 LSB ∙ 片内采样保持放大器和基准电压源 ∙ 信噪比（SNR ）：68.3 dB∙无杂散动态范围（SFDR ）：81 dB ∙ 超量程指示∙ 数据输出格式：标准二进制 ∙ 28引脚SSOP 封装 ∙与3 V 逻辑兼容AD9224 参数AD9224 基本参数分辨率(Bits) 12吞吐率 40 MSPS AD9224 其他特性工作电压(V) 4.75-5.25 输入通道数 1AD9224 封装与引脚SSOP28信号的调理：在带有模拟电路的设计中，信号的调理成为不可缺少部分。

基于嵌入式平台的面阵CCD图像采集系统

声放大和相关双采样输出数字信号，数字图像信号
通过ＦＧＰＡ临时存储到ＳＡ中，ＲＭ并根据需要进行
第９第期２３卷
萎
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度决定。相关双采样电路的传递函数为：
Ｔｓ（）＝Ｔｏ
３９
相关图像处理，把数据图像显示在ＬＤ上。并Ｃ
ＳＣ复位信号ＲＴ以及用于变换漏极反模糊偏Ｒ，，Ｓ置供应电压ＯＢＣ３Ｂ有多种读出模式，Ｄ。Ｔ２７可
选择单通道或双通道输出。选择不同模式，其驱
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第９第期２３卷
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的输出端发送出去。
Ｖｒｏ语言实现的。根据时序的各个时段进行ｅｌｉｇ
有限状态机的设计。各个状态的转移如图４所
示。
采集图像的最后１个阶段就是要把存储区的像素经过串行寄存器发送到输出端。读出期包含
工作流程为：物体图像经过光学系统后在
ＣＤ上成像，ＣＤ图像传感器进行光电转换，Ｃ由Ｃ
ＣＤ芯片在ＦＧＣＰＡ时序驱动下输出微弱的模拟信号。模拟信号通过信号处理器ＶＰ２０进行低噪Ｓ２１
２面阵ＣＤ图像采集系统组成Ｃ
图像采集系统的硬件结构如图１所示，由光学系统、ＣＣＤ芯片、ＰＡ驱动时序、／ＦＧＡＤ转换器、
ｒ：＝一
。
弱的场所，应该根据实际情况，配合光学系统，选

基于FPGA的背照式CCD47-10驱动电路设计

ＷａｓｄｔｏｌｔｈｕｃｉｎｏｉｕｔｃｎｒｌｐａｔｒｏｆｕａｉｎａｄｄｉｉｇｐｌｓｇｎｒｔｇＴｅｅｐｒｎａｄｓｕｅｃｍｐｅｅｔｅｆｎｔｆｒｉｏｔ，ａｍｅｅｓｃｎｉｒｔｎｒｎｕｓｅｅａｉ．ｈｘｅｉｔＷｍａｅｏｏｃｃｏｒｇｏｖｅｎｍｅｓｔａｉａｅｔｅｃｒｕｔＴｅｒｓｌｈｗａｅｄｉｉｇｃｒｕｔＣｒｅｔｅＣＩ７—１ｏｗｏｋｃｒｅｔｎｄｆｒｎｄｅｏｖｌｄｔｈｉｉｈｅｕｔｓｏｔｔｔｒｖｎｉｃｉａｄｉｈＣＭｃ．ｓｈｈｎｖ０ｔｒｏｒｃｌｉｉｅｅｔｍｏｕ．ｙｆｌ
ｅｔｄＴｅｈｒｗａｅｃｒｕｔｓｃｍｐｓｄｏｅｕｎｅｇｎｒｔｌｃｂａｏａｅｅｅａｅｂｏｋ，ｒｖｎｅｅａｏｌｋＶＨＤＬｎｅ．ｈａｄｒｉｃｉｗａｏｏｅｆｓｑｅｃｅｅａｅｂｏｋ，ｉｖｈｇｓｇｎｒｔｃｄｉｉｇｇｎｒｔｒｂｏ．ｓｌｃ
Ｋｅｒｓｂｃ — ｌｍｉａｅＣＤ；ｒｖｎｉｃｉ；Ｐｙｗｏｄ：ａｋｉｕｎｔｄＣｌｄｉｉｇｃｒｕｔＦＧＡ
０引言
ＣＤ７—１Ｃ４０是背照式ＣＤ，Ｃ为全帧式面阵ＣＤＣ。它的有效
根据结构和工艺的不同，ＣＣＤ分为前照式和背照式。前照
响应灵敏度。背照式ＣＤ对微光和短波的探测成像有着重要Ｃ的应用意义Ｊ。

基于FPGA的高帧频CCD驱动控制系统的设计

ｌ两个左右对称象限，，每个象限都有独立的垂直
和水平转移的时钟输入信号Ａ１～Ａ４和ｃ１～ｃ。３
图像传感器，其它有效像素为１Ｍ（２ｉｌ１０４ｐｅ ×１ｘ
２１０１年１月７日收到１
这种结构设计使ＣＤ能以１２路两种方式输出，Ｃ或
需产生极少偏置电压即可生成所需全部偏压，这是目前十分安全的偏压解决方案，并选用了ＦＧＰＡ作为核心控制器件实验
表明：此设计不仅简化了电路，还具有性能好、功耗低、体积小的优点，实现了对高帧频ＣＤ图像采集系统的驱动控制。Ｃ关键词帧转移型ＣＤＣ中图法分类号Ｔ３６５Ｎ８．；驱动控制电路文献标志码ＦＧＰＡＡ高帧频
２１ＳｉＴｃ．ｎｒ．０２ｃｅｈＥｇｇ．
通信技术
基于ＦＧＰＡ的高帧频ＣＤ驱动控制系统的设计Ｃ
翟昱云梁志毅
（北工业大学航天学院，安７０７）西西１０２
摘
要
ＣＤ芯片的驱动电路是整个高帧频图像采集系统的核心部分，Ｃ它关系到整个系统的性能和技术指标。分析实现
ＣＤ良好配合的驱动电路是ＣＤ应用至关重要的技ＣＣ
术之一。
Ｆ５Ｍ的结构如图１所示。其由４个主要区域Ｔ０组成：敏区、光存储区、平输出寄存器和输出缓冲水
器。图１中上方三个区域是光敏区，即光积分区，光

基于CPLD的CCD驱动电路的设计

前３种方法基本偏重硬件的实现，调试困难，活性灵较差。而后一种方法虽编程灵活，但存在资源浪费
较多、率较低的缺陷 ¨ 。频
离行。该ＣＤ需要ｌ驱动信号。包括感光区转Ｃ２路移脉冲（：１２，，）存储区转移脉冲Ｍｉｉ，３４、（（＝１ｉ，＝１２３４、储区到水平读出移位寄存器转移脉，，，）存冲Ｍ、水平读出移位寄存器转移脉冲２、出放大器复位脉冲彻。）读由该款ＣＤ的结构可知，ＣＣＣＤ的一个工作周期分为两个阶段：光阶段和高速转移阶段。感光阶感
只须将ＣＬ内部逻辑重新编程即可。２因此非常ＰＤｌ适合ＣＤ驱动电路的设计、作、试和进一步开Ｃ制调发、升级。现给出一个基于ＣＬＰＤ技术的面阵ＣＤＣ驱动电路的完整的硬件设计。
ＳｉＴｃｎｌｇｎｇｎｅｉｇｃｅｅｈｏｏｙａｄＥｎｉｅｒｎ
基于ＣＬＰＤ的ＣＤ驱动电路的设计Ｃ
陈智邱跃洪张伯珩 ’
（中国科学院西安光学精密机械研究所西安７０１；，１１９中国科学院研究生院北京１０３，００９）
智（９８）女，１７一，陕西西安人，汉族，中国科学
院西安光学精密机械所在读博士研究生，研究方向：光电信号处理
及ＣＤ相机设计。Ｅ—ｍａ：ｎｙｚｉ．ｉａＣｒ。Ｃｉｓｄｃ＠ｒｐｓ．Ｏｌａｎｎ

面阵CCD应用技术实验指导

三、实验准备内容
①学习面阵CCD的基本工作原理（参考《图像传感器应用技术》第6、7章）；
②学习隔列转移型面阵CCD的基本工作原理；
③仔细阅读附录中所叙述的“YHACCD－Ⅲ型彩色面阵CCD多功能实验仪使用手册”，并对照实验仪实物进行学习，尤其注意各个开关、测量插孔、连接线的功能，找到内置面阵CCD摄像机与外置面阵CCD摄像机，及其转换开关。
⑤你能否从所测出的信号波形图中找到奇数场与偶数场来？（参考《图像传感器应用技术》第6章关于奇、偶场的特点进行查找)
3）视频输出信号的测量
①打开内置面阵CCD摄像头的镜头盖;
②用CH1探头测量VIDEO全电视视频输出信号,CH1的幅度选为200mV，扫描时间间隔分别用5ms、1ms、10μs、1μs和25ns档;
②关闭实验仪的电源；
③关闭示波器的电源；
④整理好所有的连接线及部件。
五、实验总结
①写出实验总结报告;
②用自己的语言结合所观测的驱动脉冲波形图说明隔列转移面阵CCD的基本工作原理.讨论面阵CCD的各路驱动脉冲与PAL电视制式的关系.
一、实验目的
①掌握对面阵CCD输出的复合视频信号进行A/D数据采集的原理和方法；
面阵CCD应用技术实验指导
王庆有
天津市耀辉光电技术有限公司
实验规则及注意事项
为了确保CCD应用技术实验的顺利进行，保障人身安全，避免损坏设备，达到实验目的，要求实验人员必须严格遵守下述实验规则及注意事项，在教师的指导下有秩序、按步骤进行。
1、在实验之前,实验人员必须阅读本实验指导书中所要求的实验准备内容，并阅读必要的参考资料。明确实验目的，了解实验内容的详细步骤，达到要求后方能进行实验.
10、实验报告不但要写实验指导每节规定的内容还要写通过实验自己的心得体会和所取得的进步。

光电-线阵CCD驱动电路的FPGA时序设计

线阵CCD驱动电路的FPGA时序设计实验目标设计一线阵CCD驱动时钟，用一输入的clk,驱动CCD、AD、FIFO组成的整个CCD系统，并要求有一个复位端reset。

本实验主要是基于FPGA设计线阵CCD器件复杂驱动电路和整个CCD的电子系统控制逻辑时序的方法，并给出时序仿真波形，通过对线阵CCD驱动电路的时序设计，了解一个系统设计的基本方法。

总体方案元器件选择1、CCD：sonyILX5112、AD：Analog Devices --- AD92243、FIFO：Integrated Device Technology --- IDT7204方案：FPGA产生CCD线阵、AD、FIFO所需要的驱动时钟，从而实现ccd线阵信号的采集到信号调理，再经由AD进行模数转换后经FIFO 实现信号输出到读接口的过程。

我们需要用一个输入的clk，产生CCD、AD、FIFO所需要的clk，用以驱动它们。

CCD 需要两个时钟：rog和clk,AD和FIFO分别需要一个clk。

实验程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity ccd isport(clk,reset:in std_logic;rog,ccd1,ad1,fifo1:out std_logic);end ccd;architecture ccd_1 of ccd issignal count:integer range 0 to 2130;signal rog2:std_logic;signal ccd2:std_logic;signal ad2:std_logic; signal fifo2:std_logic; beginrog<=rog2;ccd1<=ccd2 or clk; ad1<=ad2 or clk; fifo1<=fifo2 or clk; process(reset,clk) beginif reset='0' thenrog2<='1';ccd2<='1';ad2<='1';count<=0;elsif clk'event and clk='1' then count<=count+1;case count iswhen 0 to 6=>rog2<='1';ccd2<='1';ad2<='1';fifo2<='1';when 7 to 16=>rog2<='0';ccd2<='1';fifo2<='1'; when 17 to 22=> rog2<='1';ccd2<='1';ad2<='1';fifo2<='1'; when 23 to 55=> rog2<='1';ccd2<='0';ad2<='1';fifo2<='1'; when 56 to 58=>ccd2<='0';ad2<='0';fifo2<='1';when 59 to 2106=> rog2<='1';ccd2<='0';ad2<='0';fifo2<='0';when 2107 to 2109=> rog2<='1';ccd2<='0';ad2<='0';when 2110 to 2130=> rog2<='1';ccd2<='0';ad2<='1';fifo2<='1';end case;if count>=2130 then count<=0;end if;end if;end process;end ccd_1;仿真结果：全图：实验报告;通过本次实验加深了对CCD的了解，掌握了VHDL的使用方法，加深了解时序电路的设计法。

基于FPGA的面阵CCD成像系统设计

基于FPGA的面阵CCD成像系统设计作者：唐艳秋张星祥李新娥任建岳来源：《现代电子技术》2013年第02期摘要：采用SONY 行间转移型面阵CCD ICX415AL 作为图像传感器，设计了一款新型CCD成像系统。

以Altera公司的FPGA芯片EP1C12F256作为时序发生器产生CCD驱动信号。

采用相关双采样技术滤除了视频信号中的相关噪声，提高信噪比。

在Quartus Ⅱ 9.1开发环境下采用VHDL编程，并利用Modelsim SE 6.5仿真软件进行仿真测试。

实验结果表明，所设计的时序满足ICX415AL的时序要求，在29.5 MHz的时钟驱动下，每秒输出50帧图片，能满足高速跟踪要求。

关键词：行间转移型面阵CCD；驱动时序；相关双采样； FPGA中图分类号：TN386.5⁃34 文献标识码：A 文章编号：1004⁃373X（2013）02⁃0123⁃030 引言CCD（Charge Coupled Device）是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件，它可以把通过光学镜头投影到其上的景物可见光信号转换成比例的电荷包，并在适当的时钟脉冲的驱动下进行定向转移，从而输出成为电压视频图像。

CCD具有集成度高、功耗小、体积小、工作电压低、灵敏度高等优点[1⁃2]，目前已广泛应用与空间遥感、对地观测等领域。

按结构分类，CCD可分为线阵CCD和面阵CCD，而面阵CCD按排列方式又可分为全帧转移（Full Frame）CCD、帧转移（Frame Transfer）CCD以及行间转移（Interline Transfer）CCD。

三种类型的CCD各有优缺点，其中行间转移CCD不需要机械快门，速度最快，最适合用于观测快速运动的物体。

本文设计了一种行间转移型面阵CCD的高速驱动电路[3⁃4]。

1 行间转移型面阵CCD的结构和工作模式本设计采用的是SONY公司的ICX415AL型号 CCD芯片，ICX415AL是行间转移型面阵CCD，对角线为8 mm，尺寸为8.3 μm×8.3 μm，总像元素为823（H）×592（V），有效像元为782（H）×582（V）。

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（ａｇａＩｔｕＴｅｈｉｌｈｓｓＣｉｓＡａｅｙｆｃｎｅＳａｇａ２０８，ｈａＳｎｈｉｎｉｔｏｈｃｎａＰｙｉ，ｈｅｃｄｍＳｉｃ，ｈｎｈｉ００３ｉ）ｈｓｔｅｆｃｃｎｅｏｅｓＣｎ
ＡｂｔａｔＡｃｏｄｎｓｒｃ：ｃｒｉｇｔＣＣＤ６ａｋＩｕｉａｅＭＯｒｄｃｄｂ２ｏａｙｔｅｄｉｉｇｃｐｂｌｙｏｏ７ＢｃｌｍｎｔｄＮＩｌｐｏｕｅｙｅｖｃｍｐｎ，ｈｒｎａａｉｔｆｖｉＣＣＤｓａａｙｅ．ａｏｔｇｓｏｗａｎｌｚｄＢｉｓｖｌｅｆＣＣＤｒｅｅｍｉｅｔＭ１ＴａｄＬＭ３ＴＣＣＤｒｖｒｗｅｅａｗｅｅｄｔｒｎｄｗｉＬ１ｎｈ７７；１ｄｉｅｓｒｄｓｇｅｔ０２；ｈｒｇａｅｉｎｄｗｉＤＳ０６ｔｅｐｏｒｍｍａｌｏｉａｅｉｅｏｅＥＰＫ３ＲＩ４ — ｆｍｐｎｔｒｓｈｂｅｌｇｃｌｖｃｆｈＦ１ｄｔ００２０４ｏＣｏａｙＡｌａｗａｅｕｅｏｅｄｓｇｆｓｄｆｒｔｅｉｎｏｈＣＣＤｒｖｎｍｅｏｄｒ．ｘｅｉｅｔｓｏｔａｅｄｓｇｆｄｉｉｇｔｒｅＥｐｒｎｓｈｗｔｈｅｉｎｏｉｍｈｔＣＣＤｒｖｎｉｕｔａｄｉｉｇｃｒｉｃｎｃｍｅｔｅｎｓｏｅｍａｄｆｄＣＣＤ．ＫｅＷｏｄ：ｄｉｉｇｃｒｕｔｂａｏｔｇ：ＣＣＤｒｅ；ＦＧＡｙｒｓｒｎｉｃｉ：ｉｓｖｌｅｖａｄｉｒｖＰ
辑器件ＥＦ００Ｉ４—来设计ＣＤ的驱动时序。实验结果表明，设计的ＣＤ驱动电路可以满足ＣＤＰ１Ｋ３Ｒ２０４ＣＣＣ
的驱动电路；偏置电压；ＣＤ驱动器；现场可编程门阵列（ＰＡ）ＣＦＧ中图分类号：ＴｌＮ２５文献标识码：Ａ文章编号：ｌ０—８１０６０ —５９００１８９（０）９０１—４２
ＡｓｇｆｒｙＣＣＤｆＦｒｍｅＴｒｎｆｒＤｒｖｎｇＣｉｃｔＢａｅｎＦＰＧＡｅｈｎｉＤｅｉｎｏａＡｒｏａａｓｅｉｉｒｕｉｓｄｏＴｃｑｕｅＣＮＧＰｎ— ｉＵＭｉｇｎＨＥｅｇｆ，Ｇｎ－ａ，ＷＡＮＧＭｏｃａｇｅｊｉ —ｈｎ
直接数字电路驱动方法的特点是可以获得高速的驱动频率，缺点是逻辑设计比较复杂，调试较为难；单片机驱动方法的特点是时序调节灵活方便、编程简
单，但通常具有驱动频率较低的缺点，不能满足高速ＣＤ驱动时序的要求；ＥＲＯ驱动方法结构简单明ＣＰＭ确，调试简便，缺点是结构尺寸较大。ＦＧＡ是第四Ｐ代可编程逻辑器件，它将定制ＡＳＣ的高集成度、高Ｉ
程鹏飞，顾明剑，王模昌
（中科院上海技术物理研究所，卜２０８）海００３
摘要：针对ｅｖ司的ＣＤ７ＢｃｌｍｉｔＩ型ＣＤ２公Ｃ６ａｋＩｕｎｅＮＭＯｌａｄＣ，对其驱动能力进行详细的分析；选用Ｌ１７和Ｌ１Ｔ计ＣＤ需的偏置电压；ＤＳ０６完成设计ＣＤ驱动器；Ａｌｒ公司的可编程逻Ｍ１ＴＭ３７设Ｃ所０２来Ｃｔａｅ
性能的优点与用户可编程器件的方便灵活的特点结合在一起，从而避免了用定制ＡＳＣ的高成本、高风Ｉ险、长设计周期和可编程器件密度低的缺点。本系统
辑与相位关系，别是各信号的边沿时序关系对其工特
作状态至关重要。而驱动电路就是为ＣＤ提供其所需Ｃ的时序逻辑和相关的电压信号，的性能直接影响它
ＣＤ输出信号的质量，所以在系统研制过程中，Ｃ驱动
电路的研制就显得十分的重。
ＣＤ的驱动电路主要由偏置电压产生电路、Ｃ驱动
维普资讯
第２卷第９期８
２００６年９
红外技术
ＩｆａｅｅｈｏｏｙｎｒｒｄＴｃｎｌｇ
Ｖｌ８ＮＯ．０２ｌ９
Ｓｐ２０ｅ．０６
基于ＦＧＡ的帧转移面阵ＣＣＰＤ驱动电路设计
引言
近几十年来，随着航天技术的发展，ＣＤ相机在Ｃ高精度测量、空间遥感和对地观测等领域，得到了广泛的应用。ＣＤ件正常工作时需要驱动脉冲信号而Ｃ器多达十几路，且各驱动脉冲信号之间要保持严格的逻