基于FPGA的面陣CCD驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

由圖可見，設(shè)計(jì)完成了CCD對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的要求。

2 電源變換電路
CCD電路的工作電壓取自二次電源。電路所需電壓種類繁多，如CCD傳感器需要+15 V電源和多種偏置電壓，CCD驅(qū)動(dòng)器需要+12 V，+9 V，+8 V，+4 V電源，FPGA正常工作需要的3．3 V，2．5 V，1．2 V等。為了減少二次電源的種類，并考慮到與其他部件電源的共用性，相機(jī)系統(tǒng)采用兩種二次電源模塊：+15 V，+5 V。上述各種電壓均由這兩種電源變換而得。為保證FPGA芯片工作的穩(wěn)定，其電壓由Xilinx公司專用的電源轉(zhuǎn)換芯片提供。其他各種偏置電壓的電源轉(zhuǎn)換核心器件是LMll7。LMll7是正三端可調(diào)穩(wěn)壓器，這種穩(wěn)壓器具有良好的穩(wěn)壓性能，還具有短路保護(hù)、過流保護(hù)和溫度保護(hù)功能。

LMll7的輸出電壓范圍為1．2～37 V，H封裝負(fù)載電流最大為O．5 A，它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。通常LMll7輸入端不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LMll7輸入端的連線超過15 cm。圖4為實(shí)現(xiàn)直流偏壓+12 V的原理圖。圖中，2、3腳之間為1．25 V電壓基準(zhǔn)，改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。輸出電壓為：

式中：I為流經(jīng)R1，R2的電流，在這里，LMll7的ADJ控制端消耗的電流非常少，可忽略不計(jì)，因此，。此處，R1和R2的阻值并不能隨意設(shè)定，先，由電壓變化范圍1．25～37 V可知R2／R1的比值范圍是0～28．6；其次，LMll7有一個(gè)最小穩(wěn)定工作電流，一般為1．5 mA，如果低于此值，可能會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大的現(xiàn)象。因此，通過設(shè)定R1和R2阻值的大小，保證V0／(R1+R2)≥1．5 mA，就能使LMll7在空載時(shí)穩(wěn)定地工作。設(shè)計(jì)選擇R1阻值為240 Ω，R2即可算出。R2選用電位器，便于調(diào)試；二極管D1，D2用于保護(hù)LMll7；輸出電容C1能改變瞬態(tài)響應(yīng)；調(diào)整端使用濾波電容C2能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的紋波抑制比。

3 CCD驅(qū)動(dòng)器
CCD驅(qū)動(dòng)部分的作用是把CCD時(shí)序產(chǎn)生單元輸出的各種轉(zhuǎn)移脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足CCD對(duì)驅(qū)動(dòng)波形電壓及電流以及時(shí)序的要求。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的好壞會(huì)對(duì)CCD的電荷轉(zhuǎn)移效率產(chǎn)生較大的影響，從而影響成像的質(zhì)量。設(shè)計(jì)中使CCD正常工作需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)共13種，這些信號(hào)的電壓共有4種，不同的電壓由上述電源轉(zhuǎn)換器LMll7轉(zhuǎn)換輸出，再進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器芯片對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于CCD為容性負(fù)載，在較大電壓擺幅的情況下需要在快速的變化沿時(shí)能夠提供足夠大的瞬態(tài)驅(qū)動(dòng)電流，因此要選擇工作電流足夠大的器件以滿足要求。芯片選用的是Intersil公司的EL7212，和常用的ICL7667，DS0026相比，EL7212在速率、驅(qū)動(dòng)能力、反應(yīng)時(shí)間、抑噪等各方面表現(xiàn)更為優(yōu)秀，其上升沿和下降沿變化得更快，容性負(fù)載為1 000 pF時(shí)的典型值為10／13 ns，更適合用于高速相機(jī)。EL7212為單電源工作方式，其應(yīng)用電路如圖5所示。圖5中，電阻R1用于減小內(nèi)部功耗，電阻R2和電容用于防止過沖，電容盡量靠近管腳。

4 結(jié)語(yǔ)
在分析面陣CCD傳感器TH7888A的工作原理和驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求的基礎(chǔ)上，采用可編程邏輯器件FPGA和硬件描述語(yǔ)言VHDL設(shè)計(jì)出合理的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)序，并選用高性能的電壓轉(zhuǎn)換芯片和驅(qū)動(dòng)器保證CCD的正常穩(wěn)定工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的CCD驅(qū)動(dòng)電路較好地滿足了CCD的工作要求。