基于CPLD的高幀頻CMoS相機驅(qū)動電路設計
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互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器具有功耗低，集成度高和易于控制等特點，其信噪比，光靈敏度和動態(tài)范圍等性能可與成熟的電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器相媲美，因此，CMOS圖像傳感器為發(fā)展微型化、數(shù)字化和多功化成像器件開辟了新思路。高分辨率、高幀頻的CMOS圖像采集系統(tǒng)在高速運動分析、高速物體追蹤及高速變化過程罔像的獲取等領(lǐng)域應用廣泛。
2 高幀頻COMS相機電子學系統(tǒng)模塊
相機電子學系統(tǒng)包括CMOS圖像傳感器焦平面板和驅(qū)動控制板，原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要功能模塊包括：CMOS圖像傳感器、LD0電源調(diào)整電路及濾波電路、時序電路、時鐘電路、圖像數(shù)據(jù)接口電路、RS422驅(qū)動電路，以及低壓差分電路等。
2．1 焦平面板
經(jīng)濾波電路平臺輸出+5 V二次電源電壓，冉經(jīng)LD0電壓調(diào)整電路輸出+3.3V電壓。該電壓經(jīng)濾波后向圖像傳感器及偏置電路提供電源。
MT9M413內(nèi)部集成有10 bit A／D轉(zhuǎn)換器(簡稱ADC)，可直接輸出3.3 V的數(shù)字信號。時序驅(qū)動板CPLD的端口電壓為+3.3 V，因此兩者之間可直接傳輸信號，無需電平轉(zhuǎn)換電路。MT9M413含有10個輸出通道，數(shù)據(jù)總線多達100條，因此采用微型板問連接器連接焦平面板和驅(qū)動控制板，以減小電路板體積和質(zhì)量。
2．2 驅(qū)動控制板
驅(qū)動控制板是相機控制系統(tǒng)的核心，其作用主要包括：產(chǎn)生MT9M413的丁作時序；FIF0讀寫控制；實現(xiàn)間接指令接口RS232(RS422電平)；實現(xiàn)圖像輸出接口(LVDS電平)。驅(qū)動控制板的時序信號和控制信號通過FPGA實現(xiàn)，綜合考慮速度、器件容量、工作溫度、功耗及抗輻射能力等因素，選用Actel公司的APA600型FPGA，該器件內(nèi)置2個鎖相環(huán)，I/O電壓為+3．3V，內(nèi)核電壓為+2．5 V，屬于低功耗器件。
2．2．1 MT9M413圖像傳感器工作原理
MT9M413是Micron公司的具有3.3V電源，1．31 M像素的CMOS數(shù)字圖像傳感器，其分辨率為l 280 H×1 024 V；主時鐘為66 MHz時，幀頻可達500f/s；動態(tài)范圍為59 dB；快門時間范圍為10μs～33 ms。片內(nèi)集成10 bit自標定、全數(shù)字接口的ADC。MT9M413功能框圖如圖2所示，其功能組件包括：像元陣列、行地址選擇邏輯、列放大器組、l 280個10位ADC模塊、ADC寄存器和讀出寄存器模塊。
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