基于電子快門(mén)自動(dòng)增益的CCD驅動(dòng)電路研究

摘 要：為了滿(mǎn)足目前CCD測量領(lǐng)域中高速、高精度的測量要求，設計了TCD1304傳感器的專(zhuān)用驅動(dòng)電路。該驅動(dòng)電路的一大特性就是電子快門(mén)，其將光積分時(shí)間縮短了一個(gè)數量級，至幾個(gè)微秒，極大地提高了測量速度；同時(shí)，通過(guò)對CCD輸出信號A／D采樣分析，實(shí)時(shí)調節電予快門(mén)時(shí)間，實(shí)現自動(dòng)調節控制，提高了測量精度。經(jīng)實(shí)驗證明，該測量方法在高速實(shí)時(shí)在線(xiàn)測量領(lǐng)域有很好的應用前景。

　　0引言

　　CCD是以電荷包的形式存貯和傳遞信息的半導體表面器件，目前市場(chǎng)上的CCD器件并未對其驅動(dòng)信號、輸出信號做任何處理。因此，在實(shí)際應用中，需要根據CCD的型號、用途和應用領(lǐng)域的不同而設計不同的驅動(dòng)電路，以及數據采集、處理系統。CCD 的光積分時(shí)間決定著(zhù)CCD的曝光量，在不同的光照強度下，需要的實(shí)際光積分時(shí)間不同。光強較弱時(shí)需要較長(cháng)的光積分時(shí)間，以使光敏單元吸收到足夠的光信息；相反，光強很強時(shí)，光積分時(shí)間不能太長(cháng)，否則CCD的輸出信號會(huì )飽和失真，不能準確地反應要測量的信息。因此要得到精確的測量信號，就需要實(shí)時(shí)的調節光積分時(shí)間。

　　CCD傳感器必須在一定的驅動(dòng)脈沖的作用下才可以完成信號電荷的轉移、輸出。在一定的驅動(dòng)頻率內，提高驅動(dòng)信號的頻率則會(huì )加怏電荷包的移動(dòng)，從而提高測量速度；反之，降低驅動(dòng)信號的頻率則會(huì )降低測量速度。因此要提高測量速度就要提高驅動(dòng)信號的頻率，而在某些場(chǎng)合需要將光積分時(shí)間提高到10us時(shí)，就需要將時(shí)鐘頻率提高到幾百兆，頻率太高又引出更難、更復雜的問(wèn)題，而且這種方法下測量速度的提離空間也是有限的。

　　本文的主要任務(wù)就是解決上述的CCD目前在其應用領(lǐng)域中存在的不足。

　　1 TCD1304的特性及驅動(dòng)信號要求

　　TCD1304 是一款高靈敏度、低暗電流，具有3648個(gè)像元（46個(gè)啞元）的線(xiàn)陣圖像傳感器，可以用于終端的人工掃捕器。TCD1304的一大特性就是具有電子開(kāi)關(guān)，而電子開(kāi)關(guān)的主要功能是可以使CCD的輸出信號根據光照的強弱實(shí)時(shí)的進(jìn)行調整。其各管腳的名稱(chēng)及作用如表1所示。

表 1 TCD1304 管腳名稱(chēng)及功能介紹

　　其內部結構由光電二極管和電荷轉移電極組成的光敏單元、兩個(gè)CCD模擬移位寄存器、兩個(gè)轉移柵、輸出緩存機構和驅動(dòng)信號內部邏輯電路五個(gè)部分組成。

　　各驅動(dòng)脈沖的時(shí)序要求如圖1所示；OS 為CCD的輸出信號。