CCD相机系统中驱动电路的设计
作者：项勤建 刘爽 龙再川
引 言
电荷耦合器件(CCD)是一种转换式图像传感器，是以电荷作为信号的MOS型半导体器件。其基本结构是一种密排的MOS电容器，能够存储由入射光在CCD光敏单元激发而产生的电荷，并且能在适当的时钟脉冲驱动下，把存储的电荷以电荷包的形式定向传输转移，从而完成从光信号到电信号的转换。CCD具有体积小、质量轻、功耗小、工作电压低和抗烧毁等特点，在分辨率、动态范围、灵敏度等方面的优越性也是很多其他器件无法比拟的，目前CCD器件已经广泛地应用到各种各样的成像系统中，成为现代电子学和现代测试技术中最活跃的传感器之一。
电荷耦合器件不同于普通的MOS型半导体器件，它需要在较复杂的驱动脉冲下才能正常工作。在CCD应用技术中，用于产生CCD驱动时序的设计，是CCD数据采集电路设计的关键之一。产生驱动时序的方法多种多样，常用的有下面几种：EPROM方法、直接数字电路驱动方法、单片机、专用IC等，各有优缺点。由于CPLD的集成度高，在速度和时序控制上具有较大的优势，而且在电路设计完成后，可以根据需要将CPLD逻辑重新编程，因此选用CPLD来设计CCD的驱动时序是一种不错的选择。目前，大多数CCD工作时序设计都是采用CPLD来实现和完成的。
1μPD795结构原理及驱动时序
1．1 μPD795结构原理
μPD795是NEC公司生产的高灵敏度、低暗电流、具有内置放大电路和采样保持电路的线阵CCD图像传感器。它内部包含一列1 024像元的光敏二极管和两列525位的电荷转移寄存器。可以工作在5 V驱动(脉冲)和12V电源条件下。同时μPD795具有出色的光电特性，很高的转移效率，达到了99．996％。主要由三个模块组成：表面积分单元，用于产生电荷信号；CCD移位寄存器，用于电荷信号转移；输出放大器，将电荷信号转换成电压信号。
结构原理图如图1所示，封装形式为20脚DIP。中间一排是由光敏二极管构成的光敏阵列，有效单元为1 024位，其作用是接收外界的光信号，并转换为相应的电荷信号，光敏阵列两侧分别为转移栅和电荷转移寄存器，在传输门时钟信号φTGO的作用下，像元的光电信号分别转移到位于其两侧的CCD转移栅。而后CCD的MOS电容中的电荷信号在φIO的作用下从输出端口串行输出。
