基于FPGA 的高速长线阵CCD驱动电路

2014-01-21秦远洋周堂兴许武军禹素萍

电子设计工程 2014年21期

秦远洋，范红，周堂兴，许武军，禹素萍

（东华大学信息科学与技术学院，上海 201620）

高速长线阵CCD（电荷耦合器）具有低功耗，小体积，高精度等优势，广泛应用于航天退扫系统中的图像数据采集[1]。而CCD驱动电路设计是CCD正常工作的关键问题之一，CCD驱动信号时序是一组相位要求严格的脉冲信号，只有时序信号和CCD良好配合，才能充分发挥CCD的光电转换特性[2]。目前CCD驱动电路主要有以下4种方法：IC驱动法，EPROM驱动法[3]。单片机驱动法以及可编程逻辑器件驱动法[5]。前3种方法存在着灵活性差，精度低，可调试性差等特点，本文研究的基于FPGA（现场可编程门阵列）的驱动电路设计方法具有集成度高，可靠性好，调试性好等特点，非常适合高速线阵CCD驱动电路的设计[6]。

1 IL-P4线阵CCD原理

IL-P4是DALSA公司生产的高速线阵CCD产品，具有8192个感光象元，像敏单元尺寸为 7 μm×7 μm，像元总长为57.3 mm。双路奇偶输出，最高工作频率为40 MHz。

1.1 IL-P4的基本结构和工作原理

IL-P4为典型的埋沟道型二相线阵CCD[4]。他由4 241×2个PN结光电二极管构成，其中前面的13×2个PN结用作隔离和后面的32×2个PN结用作屏蔽而被遮蔽的。中间的8 192个光电二极管是曝光像敏单元。光敏元的两侧是用作存储光生电荷的转移栅。转移栅的两侧为CCD模拟移位寄存器，它的有效像素单元（8 192像元）分奇，偶两列转移并分别由OS1，OS2端口输出。