AD9847的原理及其在CCD 成像系統中的應用

隨著(zhù)晶圓工藝的不斷發(fā)展，CCD相機和攝像機的發(fā)展也趨于小型化、智能化、功能多樣化。隨著(zhù)45 nm甚至40 nm技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論是消費級還是科學(xué)級攝像機，設計師們在設計時(shí)更愿意選擇小型且功能強大的芯片。ADI公司推出的業(yè)界通用AFE已經(jīng)配置于多種知名的高性能數碼相機和數碼攝像機，憑借這種技術(shù)專(zhuān)長(cháng)，ADI現已能夠為用于高端數碼相機、數碼攝像機以及高性能科學(xué)和工業(yè)圖像處理應用（例如，機器視覺(jué)、生物醫學(xué)圖像處理和碰撞測試分析)的互補金屬氧化物半導體(CMOS)和電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器提供專(zhuān)業(yè)的AFE數據轉換器。

1 CCD成像系統組成

CCD成像系統設計領(lǐng)域較多，包括光學(xué)系統、機械系統、電源供電系統、CCD驅動(dòng)電路系統、狀態(tài)控制系統及圖像數據處理系統等[1]。本系統框圖如圖1，其中光學(xué)鏡頭部分沒(méi)有標出。系統處理流程為：CCD在驅動(dòng)信號控制下，將經(jīng)由光學(xué)鏡頭透過(guò)的光信號變換為電信號，即模擬視頻信號。視頻信號分為左右兩邊經(jīng)兩路AD9847進(jìn)行模數轉換，轉換后數字信號送入FPGA進(jìn)行一系列處理最終送至終端。系統中FPGA采用XILINX公司的XC4VLX25。一般FPGA處理后的信號根據終端的不同而相應地給出標準信號以便進(jìn)行圖像顯示。該系統中終端為高清監視器，故最終接口為HDSDI接口。

AD9847在系統中需與FPGA聯(lián)合工作。因AD9847集成TD(Timing Driver)，所以可以為CCD提供垂直驅動(dòng)信號、復位信號、箝位信號及消隱信號。系統中CCD采用柯達KAI-2093^[2]，最高工作頻率為40 MHz，系統工作頻率為37.125 MHz，RG信號的窄脈沖達到200 MHz高頻；FPGA是系統中的核心器件，如果以上信號都由FPGA提供，則對FPGA有很高的性能要求，故采用驅動(dòng)信號由AD9847與FPGA聯(lián)合提供的方式工作。AD9847的加入使得成像系統體積減小、操作簡(jiǎn)便。AD9847不同于其他AFE的地方就是它除了可以對視頻信號進(jìn)行相應處理外還，可以為CCD提供足夠驅動(dòng)能力的驅動(dòng)信號，最高可達24.5 mA。

2 AD9847的介紹

2.1 主要特點(diǎn)

AD9847是美國ADI公司的一款面向CCD的、完善的低功耗單通道模擬信號處理器。AD9847可以工作在三種模式下，對面陣CCD信號、模擬視頻信號和普通的交流信號進(jìn)行A/D轉換。AD9847以其高精度、高速度的模數轉換能力，及其所具有的完善的性能結構，廣泛應用在工業(yè)控制、醫療儀器、科學(xué)研究等領(lǐng)域的高精度圖像采集系統中^[3]。

AD9847的主要特征：

(1)10 bit、40 MHz的A/D轉換器；

(2)40 MHz相關(guān)雙采樣（CDS）；

(3)-2 dB～+10 dB像素增益放大器（PxGA）；

(4)2 dB～+36 dB，10 bit可變增益放大器（VGA）；

(5)低噪聲可變增益控制的箝位電路；

(6)模擬視頻信號預息影功能；

(7)精準的時(shí)鐘核，40 MS/s時(shí)的分辨率為500 ps；

(8)3線(xiàn)串行接口配置；