基于電子快門自動增益的CCD驅(qū)動電路研究

摘 要：為了滿足目前CCD測量領(lǐng)域中高速、高精度的測量要求，設(shè)計(jì)了TCD1304傳感器的專用驅(qū)動電路。該驅(qū)動電路的一大特性就是電子快門，其將光積分時間縮短了一個數(shù)量級，至幾個微秒，極大地提高了測量速度；同時，通過對CCD輸出信號A／D采樣分析，實(shí)時調(diào)節(jié)電予快門時間，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制，提高了測量精度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該測量方法在高速實(shí)時在線測量領(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，目前市場上的CCD器件并未對其驅(qū)動信號、輸出信號做任何處理。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)CCD的型號、用途和應(yīng)用領(lǐng)域的不同而設(shè)計(jì)不同的驅(qū)動電路，以及數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)。CCD 的光積分時間決定著CCD的曝光量，在不同的光照強(qiáng)度下，需要的實(shí)際光積分時間不同。光強(qiáng)較弱時需要較長的光積分時間，以使光敏單元吸收到足夠的光信息；相反，光強(qiáng)很強(qiáng)時，光積分時間不能太長，否則CCD的輸出信號會飽和失真，不能準(zhǔn)確地反應(yīng)要測量的信息。因此要得到精確的測量信號，就需要實(shí)時的調(diào)節(jié)光積分時間。

　　CCD傳感器必須在一定的驅(qū)動脈沖的作用下才可以完成信號電荷的轉(zhuǎn)移、輸出。在一定的驅(qū)動頻率內(nèi)，提高驅(qū)動信號的頻率則會加怏電荷包的移動，從而提高測量速度；反之，降低驅(qū)動信號的頻率則會降低測量速度。因此要提高測量速度就要提高驅(qū)動信號的頻率，而在某些場合需要將光積分時間提高到10us時，就需要將時鐘頻率提高到幾百兆，頻率太高又引出更難、更復(fù)雜的問題，而且這種方法下測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)動信號要求

　　TCD1304 是一款高靈敏度、低暗電流，具有3648個像元（46個啞元）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關(guān)，而電子開關(guān)的主要功能是可以使CCD的輸出信號根據(jù)光照的強(qiáng)弱實(shí)時的進(jìn)行調(diào)整。其各管腳的名稱及作用如表1所示。

表 1 TCD1304 管腳名稱及功能介紹

　　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CCD模擬移位寄存器、兩個轉(zhuǎn)移柵、輸出緩存機(jī)構(gòu)和驅(qū)動信號內(nèi)部邏輯電路五個部分組成。

　　各驅(qū)動脈沖的時序要求如圖1所示；OS 為CCD的輸出信號。