[發明專利]通用的面陣CCD時序驅動發生器

在審

• 申請號: 201410029537.0
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103795944A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 任航
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H04N5/372
• 分類號: H04N5/372;H04N5/378
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明屬于光電傳感應用領域中，涉及的一種通用的面陣CCD時序驅動發生器。

背景技術

CCD必須在外圍驅動電路的驅動下才能完成光信號電荷包的產生、存儲、轉移和輸出。對于面陣CCD而言，一個完整的驅動電路系統主要由時序脈沖發生電路、時鐘驅動電路、直流偏置電路、信號預處理電路、接口電路等部分構成。

CCD驅動時序是一組周期性的，具有特定時間關系的較為復雜的時序脈沖信號，精確的驅動時序是CCD器件正常穩定工作的保證，所以如何設計出正確可靠的CCD驅動時序電路，就成為CCD應用的關鍵問題之一。

高分辨率大面陣CCD相機系統的時序發生器設計具有一定的難度。當CCD沒有可用的專用芯片或專用芯片不能滿足需求時，必須進行自行設計，使用可編程邏輯器件進行實現是較好的選擇。因具它具有集成度高、速度快、可靠性好、可重復編程等特點，非常適合作為CCD的時序發生器。

發明內容

本發明要解決的問題是面陣CCD時序驅動發生器難的問題，設計一種通用的面陣CCD時序驅動發生器。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下：

一種通用的面陣CCD時序驅動發生器，包括：總線接口模塊，控制模塊，圖像時序發生模塊，垂直轉移時序發生模塊，主時鐘發生模塊，高頻時序發生模塊；

所述總線接口模塊與控制模塊相連，與高頻時序發生模塊相連；所述控制模塊與圖像時序發生模塊相連，與垂直轉移時序發生模塊相連，與高頻時序發生模塊相連；所述的主時鐘發生模塊與高頻時序發生模塊相連，與垂直轉移時序發生模塊相連。

上述技術方案中，總線接口模塊使用3-Wire總線接收工作所需的可變參數，該可變參數包括進行窗口輸出時窗口的開始位置Sstart和結束位置Sstop，垂直Binning的行數NVB和水平Binning的像元數NHB；模塊將串行輸入的數據轉換成并行參數，并根據地址保存到不同的寄存器中。

上述技術方案中，高頻時序發生模塊用于產生與水平像素轉移密切相關的高頻時序脈沖，根據各個時鐘的相位關系，可把輸出波形劃分為若干狀態。

上述技術方案中，垂直行轉移時序發生模塊用于產生CCD進行垂直行轉移所需的光敏區電極驅動時序，按照像素時鐘發生模塊的設計思路，將波形進行細分。

上述技術方案中，主時鐘發生模塊為高頻時序發生模塊和垂直行轉移時序發生模塊提供狀態轉移所需的主時鐘CLK12fpix和CLK6fline.CLK12fpix由外接時鐘源GCK提供，CLK6fline由CLK12fpix分頻得到；如果CLK12fpix頻率較高，則可以使用器件內部的PLL或DCM硬件資源倍頻產生。

上述技術方案中，控制模塊用于控制各模塊協調工作，將CCD的工作過程分為空閑、光積分、垂直行轉移、水平像素轉移和快速擦除五個基本狀態；

相機開機后CCD進入空閑狀態，接收到拍攝指令后進入光積分狀態，達到規定的積分時間后進行電荷包的轉移輸出，在垂直行轉移和水平像素轉移兩個狀態之間不斷循環，所有的行輸出完成后又進入空閑狀態；如果要進行圖像的窗口輸出，則在電荷包轉移過程中進入快速擦除狀態，對不感興趣的行進行快速擦除；如果要實現垂直方向的M像元合并，則在電荷包轉移過程中連續垂直轉移M行后再進行水平像素轉移。這一工作過程可以用一個有限狀態機來描述。

上述技術方案中，圖像時序發生模塊用于產生行時鐘信號HD、幀時鐘信號VD和黑電平補償控制信號CLPOB，這三個信號直接與行計數器和像元計數器有關，當VCOUNTER或HCOUNTER的值達到預設范圍時就產生相應的信號。

本發明具有以下有益效果：

采用本發明提出的方法設計時序發生器具有很高的通用性和靈活性：修改各個狀態的輸出值能改變時序的波形和相互關系；增加輸出值的位寬可以擴展輸出信號的數量；增加波形劃分的狀態數可以提高時間分辨率。

本發明針對CCD驅動時序的周期性特點，提出了一種簡單通用的CCD驅動時序發生器設計方法。首先對CCD驅動時序進行分組，將每一組時序的波形劃分為若干個基本輸出狀態，這樣CCD各個工作階段所需的驅動時序都可以由各基本狀態組合出來，然后使用摩爾型有限狀態機來描述，使時序發生器的設計過程更加簡單。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步詳細說明。

圖1中的（a）和（b）分別為全幀CCD面陣結構及基本工作時序示意圖。

圖2為時序發生器的模塊劃分示意圖。