AD9822及其在面陣CCD系統(tǒng)中的應用

摘要：結(jié)合CCD成像器的特點介紹一種以AD9822+FPGA為核心的CCD視頻處理方案。詳述了AD9822的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理及其配置方法，重點針對CCD視頻信號的特點討論CDS技術的優(yōu)越性。選用FPGA器件作為硬件設計載體，使用VHDL語言對AD9822進行初始化配置和驅(qū)動時序的設計。實驗證明，AD9822能夠滿足CCD成像系統(tǒng)視頻處理的要求，且性能可靠，使用靈活。
關鍵詞：CCD；AD9822；相關雙采樣；現(xiàn)場可編程門陣列

0 引言
CCD圖像傳感器是20世紀70年代出現(xiàn)的新型半導體光電轉(zhuǎn)換器件，經(jīng)歷了30多年的發(fā)展直到今日，它的技術已經(jīng)成熟。近幾十年來，CCD在圖像傳感、信號處理、數(shù)字存儲等領域取得了重大發(fā)展。CCD具有靈敏度高、分辨率高、噪聲小、動態(tài)范圍大等優(yōu)勢，具有非常廣闊的應用前景。隨著CCD性能的不斷提高，對其信號處理芯片也提出了更高的要求。CCD視頻信號處理的設計重點在于信號處理器對CCD輸出的視頻信號
進行放大、相關雙采樣、A／D變換等處理，形成數(shù)字化的圖像數(shù)據(jù)，以進行后續(xù)的圖像處理。該部分的設計要求分析CCD輸出數(shù)字視頻信號的特點，從而選擇滿足高速率要求的專用CCD視頻信號處理芯片。在此選用了CCD視頻信號處理芯片AD9822設計了CCD視頻信號處理電路。在分析了該芯片的電路結(jié)構(gòu)和工作原理后，基于現(xiàn)場可編程門器件(FPGA)技術完成了該芯片的初始化設置和寄存器配置，并結(jié)合Xilinx公司的FPGA芯片XC3S50完成了硬件電路的設計。

1 CCD視頻信號的特點及其處理方法
CCD輸出信號必須進行視頻處理才能為后續(xù)電路使用。一方面，是為了盡可能地消除各種噪聲和干擾同時又不損失圖像細節(jié)，并且保證在CCD的動態(tài)范圍內(nèi)圖像信號隨目標亮度成線性變化；另一方面，要對CCD輸出信號進行數(shù)字化處理，以便于計算機處理。這里介紹一下CCD輸出信號的特點。CCD器件輸出的信號比較特殊，其輸出信號波形如圖1所示。從圖1中可以看出，這些信號就其幅值來講是模擬信號，其幅值可以
反映出每個像素單元受光后感生電荷的多少，是模擬量，同時在信號輸出和感測過程中的非線性以及信號轉(zhuǎn)移過程中的電荷損失，都說明了CCD器件輸出信號具有模擬信號的特點。但是，在時間關系上，這些信號又受精確、穩(wěn)定的時鐘控制，并在時鐘脈沖的作用下移位輸出，類似于數(shù)字移位寄存器。根據(jù)檢測結(jié)果可知，每個像素中光生電荷的有無才是重要的，而非電荷量的多少。綜合兩方面的情況，說明CCD信號具有模擬性和數(shù)字性，為數(shù)字視頻信號。因此，對這種信號的處理也有別于普通的模擬信號。傳統(tǒng)的CCD相機視頻處理的組成由各自獨立的器件完成，其電路復雜、調(diào)試困難、價格昂貴。專用視頻信號處理器將相關雙采樣、可編程增益控制、暗電平補償、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能集成在一片芯片上，集成度高，功能強大，性能優(yōu)越，價格便宜，滿足CCD相機朝著輕量化、小型化方向發(fā)展的需求，是本文設計CCD成像系統(tǒng)視頻處理電路的首選器件。