基于FPGA的線(xiàn)陣CCD驅動(dòng)設計

摘要：電荷耦合器件(CCD)作為一種新型的光電器件，被廣泛地應用于非接觸測量。而CCD驅動(dòng)設計是CCD應用的關(guān)鍵問(wèn)題之一。為了克服早期CCD驅動(dòng)電路體積大，設計周期長(cháng)，調試困難等缺點(diǎn)，以線(xiàn)陣CCD圖像傳感器TCD1251UD為例，介紹一種利用可編程邏輯器件FPGA實(shí)現積分時(shí)閫和頻率同時(shí)可調的線(xiàn)陣CCD驅動(dòng)方法，使用Verilog語(yǔ)言對驅動(dòng)電路方案進(jìn)行了硬件描述，采用QuartusII對所設計的時(shí)序進(jìn)行系統仿真。仿真結果表明，該驅動(dòng)時(shí)序的設計方法是可行的。
關(guān)鍵詞：線(xiàn)陣CCD；可編程邏輯器件；積分時(shí)間；頻率

電荷耦合器件(CCD)作為新興的固體成像器件——圖像傳感器，具有體積小、重量輕、分辨力高、噪聲低、自?huà)呙?、工作速度快、靈敏度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的高度重視，廣泛應用于圖像傳感、景物識別、非接觸無(wú)損檢測、文件掃描等領(lǐng)域。其應用系統的關(guān)鍵技術(shù)在于CCD驅動(dòng)信號的產(chǎn)生及輸出信號的處理。以往經(jīng)常采用的驅動(dòng)方法主要偏重硬件的實(shí)現，調試困難，靈活性較差。而單片機驅動(dòng)方法雖編程靈活，但存在資源浪費較多、頻率較低的缺陷。復雜可編程邏輯器件FPGA具有編程靈活、集成度高、速度快、容量大、功耗小、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，并且節省PCB板的空間，可移植性好，使用靈活。因此，結合實(shí)際應用需要，設計了基于復雜可編程邏輯器件FPGA的CCD驅動(dòng)時(shí)序設計，使用Verilog語(yǔ)言對驅動(dòng)電路方案進(jìn)行了硬件描述，采用QpartusⅡ對所設計的時(shí)序進(jìn)行了系統仿真。

1 CCD圖像傳感器TCD1251UD
TCD1251UD芯片是日本東芝公司生產(chǎn)的一種高靈敏度、低暗電流、具有2 700個(gè)有效像元的雙溝道兩相線(xiàn)陣CCD圖像傳感器。它的中心距為11μm，最佳工作頻率為1 MHz，光敏單元陣列總長(cháng)為29．7 mm。該傳感器可用于傳真、圖像掃描和OCR。它的結構包括：MOS電容存儲柵、轉移柵電極SH、CCD模擬移位寄存器φ1和φ2信號輸出單元OS和補償輸出單元DOS。

2 TCD1251UD的驅動(dòng)時(shí)序要求
TCD1251UD的驅動(dòng)脈沖波形圖如圖1所示，各信號之間定時(shí)關(guān)系如表1所示。