当前位置:首页 > 工业控制 > 电子设计自动化

CCD驱动电路的实现是CCD应用技术的关键问题。以往大多是采用普通数字芯片实现驱动电路,CCD外围电路复杂,为了克服以上方法的缺点,利用VHDL硬件描述语言.运用FPGA技术完成驱动时序电路的实现。该方法开发周期短,并且驱动信号稳定、可靠。系统功能模块完成后可以先通过计算机进行仿真,再实际投入使用,降低了使用风险性。

1 硬件设计

CCD的硬件驱动电路系统的核心器件是SPARTAN系列芯片XC3S50;CCD采用Atmel公司的CCDTH7888A图像传感器;CCD驱动脉冲由XC3S50提供,脉冲信号产生后由驱动模块对脉冲电压进行变换使其符合TH7888A的驱动电压要求。CCD像素输出电压经过A/D转换模块处理电路VSP2272芯片的处理得到数字信号,最后为了方便传输和方便后续模块对数字信号的处理将数字信号由TTL电平转换成LVDS电平进行输出,整个系统如图1所示。

1.1 TH7888A简介

CCD图像传感器采用THOMSON公司生产的TH7888A。它是一种高性能的帧转移面阵CCD器件,采用四相脉冲驱动工作,并提供电子快门的功能;同时,它具有2种输出的模式:单路输出和双路输出。其主要的性能参数如下:

光敏区和存储区均为1024×1024像素;速度可以达到30 images/s以上;像元尺寸为14 mm×14 mm;感光区面积为14.34 mm×14.34 mm;光谱波长范围在400~700 nm之间;像元输出频率为20 MHz。

1.2 XC3SC50简介

XC3S50属于XILINX公司SPARTAN3系列的FPGA(现场可编程逻辑门阵列),是一种高性能器件,其特点是:器件运用90 μm加工技术;具有高性能低功耗的特点;逻辑密度达1 728个可用门;3路电源供电即I/O端口供电为1.2~3.3V,核心供电1.2V,辅助功能供电2.5V;带有2 KB容量分布式RAM和7KB容量的BLOCK RAM,高级的逻辑时钟管理功能。Ahera公司QuartusⅡ开发系统提供应用设计支持。

2 软件设计

CCD驱动时序用VHDL描述。VHDL是可以描述硬件电路功能、信号连接关系的语言,其具有比电路原理图更有效地表示硬件电路的特点。由于它与硬件电路无关等优点,用来设计电路时可大大提高开发效率。

由芯片的结构可以知道,CCD的1个周期分成感光和转移2个阶段,如图2所示。

感光阶段即A的上升沿阶段,主要实现3个功能:感光阵列的电荷积累,帧存储区到转移寄存器的电荷转移以及转移寄存器向输出放大器的电荷输出(即行转移);转移阶段即A的下降沿阶段,主要完成感光阵列所积累的电荷向帧存储区的转移(即帧转移),同时清空帧存储区的无效电荷。其具体的工作过程分析如下:

在感光阶段即A的上升沿阶段,P1,P2,P3,P4保持不变,感光阵列和帧存储区之间为阻断态,两者之间不会发生电荷转移现象。但感光阵列接受外界光源照射会积累电荷,在电荷积累的同时,在读出寄存器时钟L1,2的控制下,会首先读出一行电荷。当读完第1行信号之后,会进行1次行转移。在寄存器时钟的控制下,寄存器时钟M1中的信号会转移给寄存器M2,然后再次转移到寄存器M3,M4。行转移时,读出寄存器时钟L1,L2不变,无像元信号输出。在行转移结束之后,进行第2行电荷的读出;每读出1行信号,进行1次行转移,如图3所示,如此循环1056次则感光阶段完成。转移阶段即为门控时钟A的下降沿阶段,如图4所示。帧转移控制信号P1,P2,P3,P4与行转移控制信号M1,M2,M3,M4相同,且一直有效。读出寄存器时钟L1,L2无效,不输出数据。在帧转移结束之后,进入感光阶段,存储区首先进行1次行转移,开始信号的输出,同时感光区像元进入电荷积累。这样就构成了TH7888A工作的1个周期。

主时钟脉冲周期定为50 ns,然后主时钟通过4分频产生L和R。L作为基础波形会在以后产生和控制L1,L2和M类波形时使用,L的占空比为2:2,R的占空比为3:1。给L建一个循环记数器CL,它的范围为0~1 065,在感光阶段即A的上升沿阶段当CL小于1057的时候L1=L其余阶段L1为低电平,L1取反为L2;当1057

3 驱动的实现及仿真结果

Max+PlusⅡ是Altera公司推出的一种开发设计平台,他功能强大,可以生成文本文件和波形文件。并支持层次设计和从顶至底的设计方法,支持VHDL语言。可以编译并形成各种能够下载到各种FPGA器件的文件,还可以进行仿真以检验设计的可行性。

硬件描述语言(VHDL)是用来描述集成电路的结构和功能的标准语言,设计人员无需通过门级原理图,而是针对设计目标进行功能描述,从而加快设计周期,VHDL元件的设计与工艺无关,方便工艺转换。基于以上优点和上述的时序分析,该系统采用VHDL语言实现CCD驱动时序电路。由于系统的一次周期比较长大概在200 ms,所以波形仿真时的END TIME比较大,图5所示为感光阶段的波形仿真,图6所示为转移阶段的波形仿真图。

由图可知设计所产生的波形与TH7888A的技术手册上的驱动要求所需脉冲完全吻合,能够达到TH7888A的驱动要求。

4 结语

用XILINX公司系列FPGA-SPARTAN芯片,在QuartusⅡ5.0开发环境下采用VHDL语言输入方法开发设计出了高分辨率全帧CCD TH7888A的驱动电路,能够产生满足TH7888A要求的驱动脉冲。与以往常采用的驱动方法相比其面积大大减小了,采用FPGA进行设计,简化了CCD驱动电路的电路系统。整个设计编程完毕后进行仿真、时序验证正确后再下载到器件中,然后进行电路的测试校验直到达到预期效果。这样的设计修改起来较为方便,只要修改程序即可,不需要像传统的设计方法要更换器件修改设计电路等,实验证明,把VHDL应用于CCD驱动电路的设计,可以满足系统的高速性和电路的集成度等要求。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

市场分析机构 Canalys 发布的最新数据显示,2023 年中国大陆 PC 市场(不含平板)出货量前五的厂商中,除华为实现增长(11%)外其余均下跌,其中戴尔的出货量仅剩 314.8 万台,环比下滑 44%,近乎腰斩。

关键字: 裁员 芯片 戴尔

近日举办的GTC大会把人工智能/机器学习(AI/ML)领域中的算力比拼又带到了一个新的高度,这不只是说明了通用图形处理器(GPGPU)时代的来临,而是包括GPU、FPGA和NPU等一众数据处理加速器时代的来临,就像GPU...

关键字: FPGA AI 图形处理器

随着信息技术的飞速发展,芯片作为现代电子设备的核心部件,其制作工艺流程的精密与复杂程度日益提高。芯片的制作,不仅仅是一系列技术操作的集合,更是一场探索微观世界的工艺之旅。本文将带领读者走进芯片制作的世界,揭示其大致工艺流...

关键字: 芯片 半导体

tda2030功放芯片将是下述内容的主要介绍对象,通过这篇文章,小编希望大家可以对它的相关情况以及信息有所认识和了解,详细内容如下。

关键字: tda2030 功放 芯片

本轮融资资金将用于已规模化供货的7纳米车规级芯片“龍鹰一号”的进一步量产和供货、基于“龍鹰一号”的高端智能座舱及舱行泊一体方案的市场推广,以及全场景高阶智驾新品AD1000的测试验证和市场导入。

关键字: 芯擎科技 芯片

3月26日,四维图新旗下杰发科技与国际第三方独立检测、检验和认证机构德国莱茵TÜV集团(以下简称TÜV莱茵)在上海举办颁证仪式,杰发科技宣布AC7840x系列车规级MCU芯片已成功通过ISO 26262 ASIL B功能...

关键字: 芯片 MCU 智能座舱

以下内容中,小编将对lm393芯片的相关内容进行着重介绍和阐述,希望本文能帮您增进对lm393芯片的了解,和小编一起来看看吧。

关键字: lm393 芯片

业内消息,近日被视为华为芯片“奠基人”的原海思总裁徐文伟近日在朋友圈宣布正式退休。徐文伟发文表示,自己在 33 年内,见证了一个伟大企业的发展和壮大。

关键字: 华为 芯片 海思 徐文伟

通过与北美J-Squared Technologies、南美Macnica DHW以及日本NEXTY Electronics三家企业深化合作,Hailo实现了迅速成长,并逐步拓宽了其全球商业版图。

关键字: 人工智能 处理器 芯片

近日外媒引述消息人士报道称,中国推出采购需求标准,或意味着中国将禁止政府电脑使用英特尔和超微半导体(AMD)CPU(处理器)芯片,截止目前英特尔和AMD尚未就此消息做出回应。

关键字: 英特尔 AMD 芯片
关闭
关闭