基于FPGA的CCD驅(qū)動設(shè)計

摘 要:以Atmel公司的面陣CCD-TH7888A圖像傳感器為例，在研究了CCD結(jié)構(gòu)和驅(qū)動時序圖的基礎(chǔ)上提出基于FPGA的驅(qū)動脈沖設(shè)計方法和硬件電路實現(xiàn)。使用VHDL語言對驅(qū)動時序發(fā)生器進行了硬件描述，并采用Quartus 5.0對設(shè)計的驅(qū)動時序發(fā)生器進行仿真。試驗結(jié)果表明，涉及的驅(qū)動電路可以滿足面陣CCD-TH7888A的各項驅(qū)動要求。

關(guān)鍵詞:CCD; 信號處理; VHDL; 圖像傳感器

中圖分類號:TP3681 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)12-0157-03

Design of CCD Driving Circuit Based on FPGA Technology

WU Qi-jing1，2， LI Zi-tian1， HU Bing-liang1， PI Hai-feng1

(1. Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics， Chinese Academy of Sciences， Xi’an 710119， China;

2. Graduate Student College， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100039， China)

Abstract:The design and implementation of CCD image sensor digital system is introduced. Taking CCD image sensor TH7888A produced by ATMEL as an example， the FPGA-based hardware driving design is proposed by studying the structure and driver schedule of CCD device. The hardware module and its circuit diagram of the driver are studied， the hardware description is given for the driving schedule generator by VHDL， and then the pulse signal needed by CCD is generated， the designed generator is simulated with Quartus 9.0. The experimental results show that the designed generator can meet the demand of the CCD-TH7888A.

Keywords: CCD; signal processing; VHDL; image sensor

電荷耦合器件(CCD)作為新興的固體成像器件即圖像傳感器，具有體積小，重量輕，分辨力高，噪聲低，自掃描，工作速度快，靈敏度高，可靠性好等優(yōu)點，受到人們的高度重視，廣泛應用于圖像傳感、景物識別、非接觸無損檢測、文件掃描等領(lǐng)域[1] 。CCD驅(qū)動電路的實現(xiàn)是CCD應用技術(shù)的關(guān)鍵問題。以往大多是采用普通數(shù)字芯片實現(xiàn)驅(qū)動電路，CCD外圍電路復雜，為了克服以上方法的缺點，利用VHDL硬件描述語言.運用FPGA技術(shù)完成驅(qū)動時序電路的實現(xiàn)。該方法開發(fā)周期短，并且驅(qū)動信號穩(wěn)定、可靠。系統(tǒng)功能模塊完成后可以先通過計算機進行仿真，再實際投入使用，降低了使用風險性。

1 硬件設(shè)計

CCD的硬件驅(qū)動電路系統(tǒng)的核心器件是SPARTAN系列芯片XC3S50;CCD采用Atmel公司的CCD-TH7888A圖像傳感器;CCD驅(qū)動脈沖由XC3S50提供，脈沖信號產(chǎn)生后由驅(qū)動模塊對脈沖電壓進行變換使其符合TH7888A的驅(qū)動電壓要求。CCD像素輸出電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊處理電路VSP2272芯片的處理得到數(shù)字信號，最后為了方便傳輸和方便后續(xù)模塊對數(shù)字信號的處理將數(shù)字信號由TTL電平轉(zhuǎn)換成LVDS電平進行輸出[2] ，整個系統(tǒng)如圖1所示。……