孙茂多,董全林,赵伟霞,党玉杰,杨娅姣

摘  要： 在透射电子显微镜相机的研制中，针对SONY行间转移面阵CCD ICX285AL图像传感器，设计了一款基于CPLD的面阵CCD驱动电路。以Altera公司的CPLD芯片EPM570T100作为时序发生器产生CCD驱动信号和相关双采样控制信号，并搭建了驱动器电路和直流偏压电路。在Quartus Ⅱ 13.1开发环境下利用Verilog HDL语言编程，并利用ModelSim SE 10.1进行仿真测试。实验结果表明，以CPLD为核心的驱动电路能够产生符合CCD要求的驱动脉冲和偏置电压，可稳定地输出CCD视频信号。

关键词： 透射电子显微镜； 照相机； CCD； 驱动电路； CPLD

中图分类号： TN16?34； TP212              文献标识码： A                        文章编号： 1004?373X（2014）23?0142?04

Design of array CCD driving circuit based on CPLD

SUN Mao?duo， DONG Quan?lin， ZHAO Wei?xia， DANG Yu?jie， YANG Ya?jiao

（School of Instrumentation Science and Optoelectronics Engineering， Beihang University， Beijing 100191， China）

Abstract： In design of a TEM camera with CCD ICX285AL as the image sensor， an array CCD driving circuit based on CPLD was designed. Altera′s EPM570T100 is used as a time?sequence generator to generate CCD driving signal and CDS?control signal. A driver circuit and DC bias circuit were designed to provide voltage transformation， and to generate DC source and bias voltage. Verilog HDL is adopted to compile program under Quartus II 13.1 to implement logic circuits in CPLD. Simulations were conducted in the ModelSim 10.1. Experiment results indicate that the designed driving circuit can generate the driving pulse and bias voltage which meet the demands of CCD， and can steadily output CCD video signal.

Keywords： TEM； camera； CCD； driving circuit； CPLD

0  引  言

电荷耦合器件（CCD）是一种可应用于图像传感、信号处理、数字存储的半导体光电传感器，与传统摄像器件相比，不仅具有灵敏度高、速度快、动态范围宽、量子转换效率高、输出噪声低、控制方便、实时传输等优点，而且还具有很高的空间分辨率[1]，因此广泛应用于电子显微镜微光成像、遥感成像、卫星监测等领域[2]。

在透射电子显微镜（TEM）中，成像依赖于电子轰击闪烁体发光，亮度较低，且光谱集中在500～600 nm之间[3]。针对TEM的成像特点，选择ICX285AL作为图像传感器，设计了一款基于CPLD的面阵CCD驱动电路，以提供满足ICX285AL工作要求的直流偏置电压和驱动脉冲，在有限状态机的控制下，以12.5 MHz的频率不间断输出图像信号，且曝光时间可调，满足了实用要求，为TEM CCD相机的后续设计和改进奠定了基础。

1  目标CCD特性

ICX285AL是SONY公司的一款行间转移科学级单色面阵CCD图像传感器，像元尺寸为6.45 μm×6.45 μm，总像元数为1 434（H）×1 050（V），由于采用EXview HAD CCD技术，在500～600 nm之间的量子效率达到60%以上[4]，非常适合拍摄透射电子显微镜闪烁体的荧光图像，因此选择ICX285AL作为TEM CCD相机的图像传感器。……