基于電子快門自動(dòng)增益的CCD驅(qū)動(dòng)電路研究

　　如圖1所示，幀轉(zhuǎn)移信號(hào)SH兩個(gè)連續(xù)下降沿之間的時(shí)間tINT即為光積分時(shí)間，在這段時(shí)間光敏單元開始將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將電荷包按奇偶順序轉(zhuǎn)移到模擬移位寄存器中。該時(shí)間的長短不再依賴于基礎(chǔ)時(shí)鐘信號(hào)ΦM，與傳統(tǒng)的其他型號(hào)的CCD有很大不同。只需要調(diào)節(jié)脈沖的占空比FF可實(shí)現(xiàn)對(duì)光積分時(shí)間的調(diào)整，可以很大程度地縮短tINT，同時(shí)不需要改變基礎(chǔ)時(shí)鐘的頻率，避免了高頻干擾。

　　在光積分時(shí)間范圍內(nèi)，伴隨著復(fù)位脈沖上升沿的到來CCD光敏單元開始產(chǎn)生反映光信息的電荷包。電荷包以奇偶順序被送到光敏單元兩旁的轉(zhuǎn)移柵中，在數(shù)據(jù)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下經(jīng)過CCD內(nèi)部數(shù)據(jù)處理電路輸出OS信號(hào)。

圖1 TCD1304的驅(qū)動(dòng)脈沖波形圖

　　2 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的硬件實(shí)現(xiàn)電路

　　驅(qū)動(dòng)信號(hào)硬件電路的整體框圖如圖2所示：采用高穩(wěn)定性的有源晶振產(chǎn)生基礎(chǔ)脈沖信號(hào)CP，再通過計(jì)數(shù)分頻產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)過J－K觸發(fā)器，分時(shí)選通，即可得到復(fù)位脈沖信號(hào)ICG，以ICG為觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器CD4538生成占空比可調(diào)的幀轉(zhuǎn)移信號(hào)SH。

　　因此，縮短光積分時(shí)間只要調(diào)節(jié)SH信號(hào)的占空比即可，不需要再提高基礎(chǔ)時(shí)鐘的頻率。

圖2 驅(qū)動(dòng)電路整體框圖

　　圖3即為復(fù)位脈沖ICG、幀轉(zhuǎn)移信號(hào)SH的實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果，實(shí)驗(yàn)表明，此種原理調(diào)節(jié)光積分時(shí)間更加靈活方便，而且穩(wěn)定度好、精度高。

圖3 ICG，SH波形時(shí)序圖

　　3 數(shù)據(jù)采集及自動(dòng)增益控制的實(shí)現(xiàn)

　　自動(dòng)增益控制的實(shí)現(xiàn)主要是通過控制CCD的輸出信號(hào)使其保持在一定范圍內(nèi)，既不會(huì)因峰值過大而飽和失真，也不會(huì)困峰值太小而影響測量精度。這個(gè)范圍的確定可根據(jù)實(shí)際需要確定。峰值大于范圍上限時(shí)縮光積分時(shí)間，避免出現(xiàn)飽和失真的現(xiàn)象。反之，當(dāng)小于范圍下線時(shí)延長光積分時(shí)間，以使光敏單元得到足夠的曝光量。

　　CCD的輸出信號(hào)是模擬量，需要經(jīng)過一系列的處理，放大、倒相、峰值保持等，將得到的峰值信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)。單片機(jī)通過得到的數(shù)字量發(fā)出控制命令，調(diào)節(jié)單穩(wěn)觸發(fā)器的數(shù)字式電位計(jì)，改變SH信號(hào)的占空比，光積分時(shí)間也隨之改變，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制。

　　整體框圖如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體框圖