基于電子快門(mén)自動(dòng)增益的CCD驅(qū)動(dòng)電路研究

摘 要：為了滿足目前CCD測(cè)量領(lǐng)域中高速、高精度的測(cè)量要求，設(shè)計(jì)了TCD1304傳感器的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)電路。該驅(qū)動(dòng)電路的一大特性就是電子快門(mén)，其將光積分時(shí)間縮短了一個(gè)數(shù)量級(jí)，至幾個(gè)微秒，極大地提高了測(cè)量速度；同時(shí)，通過(guò)對(duì)CCD輸出信號(hào)A／D采樣分析，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電予快門(mén)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，提高了測(cè)量精度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該測(cè)量方法在高速實(shí)時(shí)在線測(cè)量領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。

　　0引言

　　CCD是以電荷包的形式存貯和傳遞信息的半導(dǎo)體表面器件，目前市場(chǎng)上的CCD器件并未對(duì)其驅(qū)動(dòng)信號(hào)、輸出信號(hào)做任何處理。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)CCD的型號(hào)、用途和應(yīng)用領(lǐng)域的不同而設(shè)計(jì)不同的驅(qū)動(dòng)電路，以及數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)。CCD 的光積分時(shí)間決定著CCD的曝光量，在不同的光照強(qiáng)度下，需要的實(shí)際光積分時(shí)間不同。光強(qiáng)較弱時(shí)需要較長(zhǎng)的光積分時(shí)間，以使光敏單元吸收到足夠的光信息；相反，光強(qiáng)很強(qiáng)時(shí)，光積分時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則CCD的輸出信號(hào)會(huì)飽和失真，不能準(zhǔn)確地反應(yīng)要測(cè)量的信息。因此要得到精確的測(cè)量信號(hào)，就需要實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)光積分時(shí)間。

　　CCD傳感器必須在一定的驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下才可以完成信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)移、輸出。在一定的驅(qū)動(dòng)頻率內(nèi)，提高驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率則會(huì)加怏電荷包的移動(dòng)，從而提高測(cè)量速度；反之，降低驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率則會(huì)降低測(cè)量速度。因此要提高測(cè)量速度就要提高驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，而在某些場(chǎng)合需要將光積分時(shí)間提高到10us時(shí)，就需要將時(shí)鐘頻率提高到幾百兆，頻率太高又引出更難、更復(fù)雜的問(wèn)題，而且這種方法下測(cè)量速度的提離空間也是有限的。

　　本文的主要任務(wù)就是解決上述的CCD目前在其應(yīng)用領(lǐng)域中存在的不足。

　　1 TCD1304的特性及驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求

　　TCD1304 是一款高靈敏度、低暗電流，具有3648個(gè)像元（46個(gè)啞元）的線陣圖像傳感器，可以用于終端的人工掃捕器。TCD1304的一大特性就是具有電子開(kāi)關(guān)，而電子開(kāi)關(guān)的主要功能是可以使CCD的輸出信號(hào)根據(jù)光照的強(qiáng)弱實(shí)時(shí)的進(jìn)行調(diào)整。其各管腳的名稱(chēng)及作用如表1所示。

表 1 TCD1304 管腳名稱(chēng)及功能介紹

　　其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由光電二極管和電荷轉(zhuǎn)移電極組成的光敏單元、兩個(gè)CCD模擬移位寄存器、兩個(gè)轉(zhuǎn)移柵、輸出緩存機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)內(nèi)部邏輯電路五個(gè)部分組成。

　　各驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)序要求如圖1所示；OS 為CCD的輸出信號(hào)。