星載CCD相機圖像采集電路設計與實(shí)現

A、B驅動(dòng)時(shí)鐘的低位電平為0V，由圖8可以看到，在感光階段，A、B驅動(dòng)時(shí)鐘的高位電平為+10V，轉移階段時(shí)，A、B驅動(dòng)時(shí)鐘的高位電平為+14V。這里我采用EL7156來(lái)實(shí)現高位電平之間的轉換，采用EL7457來(lái)實(shí)現低位到高位電平的轉換。
水平讀出時(shí)鐘C需要的低電平不是0V而是3．5V，高電平為8．5V，而FPGA給出的時(shí)鐘脈沖是低電平為零，高電平為3．3V的脈沖。因此，需要將FPGA產(chǎn)生的時(shí)鐘通過(guò)驅動(dòng)芯片SN74ALVC164245DGGR進(jìn)行驅動(dòng)，使時(shí)鐘C的幅值達到5V，然后再通過(guò)箝位電路的耦合作用來(lái)提高脈沖電平，把脈沖提到需要的幅度。
SG、RG的產(chǎn)生過(guò)程與時(shí)鐘C的產(chǎn)生過(guò)程類(lèi)似，不同的是其幅值要求為10V。
各種驅動(dòng)脈沖信號的幅度調整電路如圖9所示。

5 CCD輸出保護電路
CCD傳感器是一種MOS器件，操作不當就很容易受到靜電損壞，在電路設計時(shí)應在其外圍電路加上箝位、限流電路以確保加在CCD上的每一個(gè)偏置電壓和驅動(dòng)脈沖受到電流保護，在輸入到FTT1010M之前應該通過(guò)一個(gè)電容來(lái)解耦，并且這些解耦電容應該與圖像傳感器引腳越近越好。FT T1010M的輸出端為開(kāi)源輸出，應該在其輸出端上接一個(gè)電流源做負載，或接一個(gè)電阻到地上。在輸出上加一個(gè)射極跟隨的高頻三極管，以阻止輸出因容性負載而引起的帶寬限制。除此以外，射極跟隨器加在輸出端還可以防止示波器的探頭對FTT1010M造成的靜電損壞。CCD輸出保護電路如圖10所示。

6 CCD輸出預處理電路
在CCD成像系統中，噪聲是限制有效分辨率的最主要因素。CCD輸出的信號是具有各種噪聲的模擬信號，必須經(jīng)過(guò)預處理，盡可能地消除噪聲和各種干擾才能給后續電路使用。為了便于計算機處理，還需要對CCD輸出的信號進(jìn)行A／D轉換。預處理過(guò)程大體如圖11所示。

根據預處理的要求，我們選用了一個(gè)高集成度的CCD信號處理專(zhuān)用芯片AD9978，它具有雙通道輸出能力，且具有14位的A／D轉換精度，轉換頻率可達65MHz，其內部集成了相關(guān)雙采樣、可變增益控制、黑電平箝位電路以及高精度時(shí)序產(chǎn)生系統。我們使用相關(guān)雙采樣處理單元，通過(guò)兩次采樣消除不希望的噪聲分量，第一次采樣位于復位周期結束后，第二次采樣位于信號的信息段，兩次采樣的差就是不含噪聲的信號。隨后，為了適應不同亮度的目標，防止CCD信號過(guò)弱或飽和，我們使用其內的增益控制處理單元來(lái)控制信號的增益，最后再通過(guò)A／D轉換送給后面的可編程邏輯單元進(jìn)行處理。設計時(shí)還要注意使其轉換速率與CCD輸出像素時(shí)鐘保持一致。

7 結束語(yǔ)
本文闡述了星載CCD相機圖像采集電路的設計與實(shí)現，經(jīng)項目驗證表明這些設計能很好地為CCD提供各類(lèi)偏置電壓、驅動(dòng)脈沖以及電路保護等，它們確保了CCD圖像傳感器的圖像質(zhì)量，使得CCD相機成像系統具有高性能和高可靠性，具有極高的應用價(jià)值。