線陣CCD圖像傳感器驅(qū)動電路的設(shè)計

1 引言

電荷耦合器件(CCD．Charge(Couple Device)是20世紀(jì)60年代末期出現(xiàn)的新型半導(dǎo)體器件。目前隨著CCD器件性能不斷提高．在圖像傳感、尺寸測量及定位測控等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛．CCD應(yīng)用的前端驅(qū)動電路成本價格昂貴，而且性能指標(biāo)受到生產(chǎn)廠家技術(shù)和工藝水平的制約．給用戶帶來很大的不便。CCD驅(qū)動器有兩種：一種是在脈沖作用下CCD器件輸出模擬信號，經(jīng)后端增益調(diào)整電路進(jìn)行電壓或功率放大再送給用戶：另一種是在此基礎(chǔ)上還包含將其模擬量按一定的輸出格式進(jìn)行數(shù)字化的部分，然后將數(shù)字信息傳輸給用戶，通常的線陣CCD攝像機(jī)就指后者，外加機(jī)械掃描裝置即可成像。所以根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)指標(biāo)要求．選擇不同型號的線陣CCD器件，設(shè)計方便靈活的驅(qū)動電路與之匹配是CCD應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

本文以TCD1501C型CCD圖像傳感器為例．介紹了其性能參數(shù)及外圍驅(qū)動電路的設(shè)計．驅(qū)動時序參數(shù)可以通過VHDL程序靈活設(shè)置．該電路已成功開發(fā)并應(yīng)用于某型非接觸式位置測量產(chǎn)品中。

2 CCD工作原理

CCD是以電荷作為信號，而不同于其他大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號，其基本功能是信號電荷的產(chǎn)生、存儲、傳輸和檢測。當(dāng)光入射到CCD的光敏面時．CCD首先完成光電轉(zhuǎn)換．即產(chǎn)生與入射光輻射量成線性關(guān)系的光電荷。CCD的工作原理是被攝物體反射光線到CCD器件上．CCD根據(jù)光的強(qiáng)弱積聚相應(yīng)的電荷．產(chǎn)生與光電荷量成正比的弱電壓信號，經(jīng)過濾波、放大處理，通過驅(qū)動電路輸出一個能表示敏感物體光強(qiáng)弱的電信號或標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號?；谏鲜鰧⒁痪S光學(xué)信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦畔⑤敵龅脑恚€陣CCD可以實現(xiàn)圖像傳感和尺寸測量的功能。圖1為CCD光譜響應(yīng)曲線。

                             
 
3 驅(qū)動電路的實現(xiàn)

線陣CCD TCD1501C的主要技術(shù)指標(biāo)如下：像敏單元數(shù)為5 000；像元尺寸為7μm