為解決TDI-CCD 作為遙感相機的圖像傳感器在使用中所面臨的時序電路設計問題，
文中較為詳細地介紹了TDI-CCD 的結構和工作原理，并根據工程項目所使用的ILE2
TDI-CCD 的特性，設計了一種基于現場可編程門陣列 (FPGA) 的TDI-CCD 時序電路，其
驅動時序使用標準的硬件描述語言VHDL 編寫，時序仿真的波形效果相當理想。工程應用的結果表明，該設計具有一定的先進性和實用性。
關鍵詞：FPGA ；VHDL；圖像傳感器
1 引言
CCD(Charge Coupled Devices)，即電荷耦合器件，它是20 世紀70 年代初發展起來的新型半導體集成光電器件,是美國貝爾實驗室的W.S.Boyle 和G.E.Smith 于1970 年首先提出來的【1】。30 年來, CCD 的研究取得了驚人的進步,已成為現代光電子學和現代測量技術中最活躍、最富有成果的新興領域之一。尤其是在攝像方面的應用, CCD 圖像傳感器具有體積小、重量輕、功耗小等優點,在分辨率、動態范圍、靈敏度、實時傳輸和自掃描等方面的優越性也是其它攝像器件無法比擬的。而在CCD 的使用中，不同型號的CCD 器件的驅動時序不同，因此
快速、方便地設計出CCD 的時序電路成為應用技術中的關鍵【2】。
2 TDI-CCD 器件結構、工作原理及特性
TDI (Time Delay and Integration)是一種掃描方式,它是一項能夠增加線掃描傳感器靈敏度的技術。TDI-CCD 的結構像一個長方形的面陣CCD，但從功能上說它是一個線陣CCD。其工作過程是基于對同一目標多次曝光，通過延時積分的方法，以增加等效積分時間，增強光能的收集。它的列數是一行的像元數，行數為延遲積分的級數M。工作原理如下：某一行上的第一個像元在第一個曝光積分周期內收集到的信號電荷并不直接輸出，而是與同列第二個像元在第二個積分周期內收集到的信號電荷相加，相加后的電荷移向第三行…… CCD 最后一行第M 行的像元收集到的信號電荷與前面（M-1）次收集到的信號電荷累加后轉移到輸出移位寄存器中，按普通線陣CCD 的輸出方式進行讀出。由此可見，CCD 輸出信號的幅度是M 個像元積分電荷的累加，即相當于一個像元的M 倍積分周期所收集到的信號電荷，
輸出幅度擴大了M 倍。在TDI-CCD 中，根據不同的應用背景，積分級數M 可設計為6，
12，24，48，96 等可調。由于TDI-CCD 的曝光時間與使用的TDI 級數成比例，通過改變
TDI 級數，即改變了可見光CCD 的曝光時間。因此，可見光TDI-CCD 用于成像系統，在不改變幀頻的情況下，通過改變TDI 級數，可以在不同的照度下正常工作，這是非常有義的。隨著TDI 級數增加，信號隨TDI 級數M 成線性增加，而噪聲隨TDI 級數成平方根增加，TDI-CCD 的信噪比(SNR)可以增加 倍。TDI-CCD 另一個特點是通過多次曝光可減少像元間響應不均勻和固定圖形噪聲的影響。基于以上特點，TDI-CCD 在航天、航空等領域有著非常廣泛的用途。在航空和航天遙感上，傳輸型TDI-CCD 遙感相機是當前世界上技術最先進、性能最優越的新一代的遙感相機。