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基于PLD的CCD Sensor驅動邏輯設計

2010-01-14 11:33現代電子技術 王驍男 譚嵩 馮顥我要評論(0我要收藏

基于PLD的CCD Sensor驅動邏輯設計

 0 引 言

  視覺信息是客觀世界中非常豐富,非常重要的部分。隨著多媒體系統的發展,圖像傳感器應用越來越廣泛。不僅用于攝錄像機,安保產品、數碼相機及計算機鏡頭等,而且開始用于傳統上的非視像產品,如移動電話、個人數字助理(PDA)等。傳送優良的圖像,兼顧體積小、重量輕、噪聲低、速度快等優點,CCD圖像傳感器是一個不錯的選擇。

  CCD(電荷耦合器件)作為一種光電轉換器件,應用的關鍵技術是產生正確的驅動器信號和相應的控制信號。不同型號的CCD,驅動信號時序千差萬別:有高速CCD驅動,高幀率CCD驅動,高分辨率CCD驅動,紫外CCD驅動,其中既有線陣型也有面陣型。傳統的驅動器都采用標準的TTL數字集成電路、單片機或者EPROM器件等,這種電路體積大、電路復雜、成本較高并且工作速度慢。在此提出使用可編程邏輯器件(PLD),完成CCD驅動,較好地解決了這些問題。

  1 ICX285AL時序分析

  ICX285AL是Sony公司的一款行間轉移、方像素、固態面陣圖像傳感器,其的總像素是1 434×1 050,有效像素是1 392×1 040,活躍像素是1 360×1 024。垂直寄存器有5個驅動時鐘V1,V2A,V2B,V3,V4。水平寄存器有4個驅動時鐘,2組H1,H2。圖1表明水平同步信號HD、垂直同步信號VD、垂直驅動信號的時序關系。圖2為上述信號的局部放大的相位關系。驅動脈沖的時序要求如表1所示。

水平同步信號HD

上述信號的局部放大的相位關系

驅動脈沖的時序要求

  注:VT:讀出時鐘信號(Readout clock);Twh:脈沖商電平保持時間;Tw1:脈沖低電平保持時間;Tr:脈沖上升沿時間;Tf:脈沖下降沿時間。

  2 ICX285AL驅動邏輯設計

  ICX285AL驅動電路主要有三部分:水平和垂直同步信號,刷新信號和四相位驅動脈沖。

  2.1 水平同步信號HD和垂直同步信號VD

  由ICX285AL原理可知,基本時鐘CLK循環周期應當設為1 790。水平驅動信號H1,H2和垂直驅動信號V1,V2A,V2B,V3,V4,以及轉移信號SUB在此基礎上建立相互的時序關系。H1與H2相位相差180°,V2A與V2B相位完全相同。

  設置水平同步信號HD和垂直同步信號VD的關系,可定位sensor有效行的起始位置以及用于校正目的的暗像素(dark pixel)位置。如圖3所示,通過sensor采集的圖像有效行數為1 063-3=1 060。圖4表明水平驅動信號H1與水平同步信號HD的時序關系。水平驅動信號H1、H2,水平同步信號HD與基本時鐘信號clk之間的時序關系如圖5所示,完全滿足HD的相位要求。

sensor采集的圖像有效行數

水平驅動信號H1與水平同步信號HD的時序關系

水平同步信號HD與基本時鐘信號clk之間的時序關系

  2.2 刷新信號SUB

  刷新信號SUB表示Sensor每傳輸一行圖像信號,就會有一個刷新脈沖產生。參照ICX285AL原理,系統的基本計數器Counter計數范圍從1~161之間的值時,SUB為“0”,低電平;Counter計數范圍從161~287之間的值時,SUB為“1”,高電平;當為其他值時,SUB為“0”。圖6為刷新信號SUB與垂直驅動信號時序關系的仿真結果。

刷新信號SUB與垂直驅動信號時序關系的仿真結果

  2.3 四相位驅動脈沖

  根據四相CCD電荷轉移的原理,CCD中的電荷根據四相時鐘信號驅動,實現電荷轉移。設計過程中必須保證四相驅動信號V1,V2,V3,V4的時序關系。圖7所示為四相驅動信號與水平同步信號的仿真波形。

四相驅動信號與水平同步信號的仿真波形

  3 驅動電路CPLD實現

  采用Altera公司的CPLD芯片EPM3256AQC208完成CCD驅動電路,方案已應用于工業攝像頭系統。利用泰克500 MHz示波器實測波形如圖8所示,圖9為水平驅動和垂直驅動信號局部放大波形。時序及時延參數均滿足要求,工作穩定可靠。基于PLD技術的方案,易于實現與其他芯片的接口,具有高度靈活性、天然的并行性和快速成型等特點,同時可通過編譯平臺方便設置PLD芯片的驅動電流,有效降低系統噪聲,是一種性價比較高的選擇。

利用泰克500 MHz示波器實測波形

水平驅動和垂直驅動信號局部放大波形

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(責任編輯:發燒友)

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