AD9822及其在面陣CCD系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：結(jié)合CCD成像器的特點(diǎn)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(diǎn)針對CCD視頻信號的特點(diǎn)討論CDS技術(shù)的優(yōu)越性。選用FPGA器件作為硬件設(shè)計(jì)載體，使用VHDL語言對AD9822進(jìn)行初始化配置和驅(qū)動時(shí)序的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)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(guān)鍵詞：CCD；AD9822；相關(guān)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(jì)70年代出現(xiàn)的新型半導(dǎo)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(shù)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(lǐng)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(yīng)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(shè)計(jì)重點(diǎn)在于信號處理器對CCD輸出的視頻信號
進(jìn)行放大、相關(guān)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(jìn)行后續(xù)的圖像處理。該部分的設(shè)計(jì)要求分析CCD輸出數(shù)字視頻信號的特點(diǎn)，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(shè)計(jì)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(shù)完成了該芯片的初始化設(shè)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(shè)計(jì)。

1 CCD視頻信號的特點(diǎn)及其處理方法
CCD輸出信號必須進(jìn)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(shí)又不損失圖像細(xì)節(jié)，并且保證在CCD的動態(tài)范圍內(nèi)圖像信號隨目標(biāo)亮度成線性變化；另一方面，要對CCD輸出信號進(jìn)行數(shù)字化處理，以便于計(jì)算機(jī)處理。這里介紹一下CCD輸出信號的特點(diǎn)。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(gè)像素單元受光后感生電荷的多少，是模擬量，同時(shí)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(diǎn)。但是，在時(shí)間關(guān)系上，這些信號又受精確、穩(wěn)定的時(shí)鐘控制，并在時(shí)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(gè)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(jī)視頻處理的組成由各自獨(dú)立的器件完成，其電路復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、價(jià)格昂貴。專用視頻信號處理器將相關(guān)雙采樣、可編程增益控制、暗電平補(bǔ)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(qiáng)大，性能優(yōu)越，價(jià)格便宜，滿足CCD相機(jī)朝著輕量化、小型化方向發(fā)展的需求，是本文設(shè)計(jì)CCD成像系統(tǒng)視頻處理電路的首選器件。