1、前言

正电荷藕合元器件（CCD.Charge（Couple Device）是二十世纪六十年代后期发生的新式半导体元器件。现阶段伴随着CCD元器件特性持续提升 。在图象感测器、规格精确测量及精准定位测控技术等行业的运用日益普遍.CCD运用的前面推动电源电路成本费价格比较贵，并且性能参数遭受生产商技术性和技术水平的牵制。给消费者提供较大的麻烦。CCD控制器有二种：一种是在单脉冲的作用下CCD元器件輸出脉冲信号，经后面增益值调节电源电路实现工作电压或功率放大电路再赠给客户：另一种是在这个基础上还包括将其模拟量输入按一定的輸出文件格式开展信息化的一部分，随后将电子信息传送给客户，一般 的线阵CCD监控摄像头就指后面一种，另加机械设备扫描仪设备就可以显像。因此依据不一样主要用途和性能指标规定。挑选不一样型号规格的线阵CCD元器件，设计方案便捷灵便的光耦电路与之搭配是CCD运用中的核心技术之一。

文中以TCD1501C型CCD光学镜头为例子。详细介绍了其技术参数及外场光耦电路的设计方案。推动时钟频率主要参数能够根据VHDL程序流程灵便设定。该电源电路已完成开发设计并运用于某型非接触式部位精确测量商品中。

2、CCD原理

CCD是以正电荷做为数据信号，而区别于其余大部分元器件是以电流量或是工作电压为数据信号，其基本要素是数据信号正电荷的 造成、储存、传送和检验。当光出射到CCD的感光面时.CCD最先进行光电转换。即造成与入射角辐射强度成线性相关的光正电荷。CCD的原理是被摄物件反射光线到CCD元器件上.CCD依据光的高低堆积相对应的正电荷。造成与光电荷量正相关的弱工作电压数据信号，历经过滤、变大解决，根据光耦电路輸出一个能表明比较敏感物件光高低的信号或规范的视频流。根据以上将一维电子光学信息内容转换为电信息内容导出的基本原理，线阵CCD能够完成图象感测器和尺寸检测的作用。图1为CCD光谱仪相应曲线图。

3、 光耦电路的完成

线阵CCD TCD1501C的具体性能指标以下：像敏模块数为5 000;像元规格为7μm×7μm;像元管理中心距为7μm;像元全长为35 mm;光谱仪相应范畴为400 nm-1000 nm.光谱仪回应最高值光波长为550 nm，敏感度为10.4 V/lx.s～15.6 V/lx.s。使CCD集成ic一切正常作业的电源电路关键有两种作用。一是造成CCD工作中需要的多通道时钟频率单脉冲。二是对CCD輸出的初始脉冲信号开展解决，包含增益值变大、音频信号到单端数据信号的变换。最终控制器輸出客户需要的仿真模拟或视頻信息内容。

3.1 根据VHDL的推动时钟频率设计方案

本一部分设计方案是根据Xilinx企业的CPLD XC9572一PC44-10，在ISE6.1自然环境下开发设计完成的。CCD元器件必须繁杂的三相或四相相叠推动单脉冲，大部分面阵CCD全是三相或四相推动，大部分线阵CCD全是二相推动。文中以二火线零线阵CCD图象感应器TCD1501C为例子，完成了用CPLD进行的光耦电路设计方案。CCD为溶性负荷，输出功率高时有一定的功能损耗，因而必须对CPLD輸出的校准单脉冲RS、挪动单脉冲（又被称为光積分单脉冲）SH、箝位单脉冲CP、采保单脉冲SP，及其二相数字时钟单脉冲中Φ1E、Φ2E等各界推动单脉冲选用74HC14开展整形和推动功能的变大。随后再送至TCD1501C元器件的相对应键入端，在CCD的脉冲信号輸出端将获得数据信号0S和赔偿数据信号DOS。TCD1501C典型性的最好输出功率是1MHz，该元件具备5 000个合理像元輸出。TCDl501C一切正常运行时要有76个哑像元輸出。一个扫描仪行周期时间内最少应包括有5 076个脉冲发生器，即TSH》5076×Φ1E 0.1μs，在本设计方案中TSH=5200×Φ1E。不难看出，更改脉冲发生器頻率或提升光積分单脉冲周期时间内的脉冲发生器数，能够更改光積分周期时间，一般 Φ1E的頻率设定为可控制的，那样能够依据CCD元器件的具体应用场景熟练掌握CCD元器件的优势以更改光積分時间。只需情况容许，为减少CCD的辐射跃迁损率。CCD推动单脉冲的次数应尽量小。推动单脉冲的頻率减少时，能够在数字示波器上观查到CCD輸出数据信号幅度值明显提高。图2所显示为CCD工作中波型。

下边是造成时钟频率单脉冲的VHDL程序流程：

3.2根据AD623的CCD輸出数据信号差分信号推动设计方案

CCD在推动单脉冲的效果下，经挪动存储器次序輸出视频流，校准单脉冲RS每校准一次，CCD輸出一个光差分信号。因为TCD1501C信号检测选用选通正电荷积分器构造。使其视頻輸出数据信号中堆叠了一些由规律性校准数据信号RS造成的串扰数据信号。并且合理数据信号幅度值较小，约为500 mV。交流电压约有4.1V。这也是一组典型性的共模电压较高、合理差模数据信号较低的音频信号，数据信号波型如图所示3和图4所显示。因此 脉冲信号輸出在完成后期解决（包含中长线传送、A/D变换等）以前要开展一系列预备处理，清除视频流中的校准单脉冲串扰以及他影响，将细小的视频流开展幅度值变大及推动功能的变大。因为是对音频信号的解决，因此 先讨论一下差分电路的基本要素。图5为音频信号精确测量电源电路里差模和共模电压平面图，VDIFF是信号差模工作电压，VCM是数据信号共模电压，数据信号輸出VOUT=R2/R1·VDIFF=G·VDIFF理想化情况下，一般差模增益值G≥1，而共模增益值（%mismatch/100）×G/（G 1）接近于零，因而能够看得出共模增益值主要是电阻器不搭配的涵数，在实际上精确测量线路中很有可能会因为阻值的细微不搭配而造成2个键入端共模电压不一致，而使线路的直流电共模增益值不以零。共模抑制比（CMRR）便是差模增益值G与共模增益值的比率。用多数方式表明：201g［（100/%mismatch）×（G 1）］。具体工程项目使用中，电源电路工作中在一个非常大的噪声中。如50 Hz交流电源插头的噪音、机器设备的电源开关噪音、网络信号的传送噪音，这种电磁干扰功效在差分信号键入端，可能在輸出端造成一个共模数据信号，因而音频信号解决除开规定有高的DC CMRR.还需要有高的AC CMRR。

在控制电路中采用了ADI企业的仪器设备仪表放大器AD623.内部构造基本原理如图所示6所显示。

AD623集变成3路运算放大器。能单开关电源或双电源开关工作中，具备较高的CMRR和非常低的工作电压飘移，除开一个操纵可编程控制器增益值的外置电阻器外，全部部件都集成化在內部，提升 了电源电路溫度稳定性和稳定性。运用AD623的CCD仿真模拟信号分析电源电路如图所示7。将视频流以及赔偿輸出各自送往AD623的正相反和积分电路输进端。在AD623的輸出线接一级射极跟随器以增强信号的推动工作能力。采用该元器件可清除选用一般运算放大器和外场电阻器所造成的输入输出讯号的溫度飘移。

4、 结语

根据以上开发设计的线阵CCD控制器已调节取得成功。而且用以某部位检测系统中，工作中平稳靠谱。本方案设计只需再扩展AD转换一部分就可以运用于显像体系的前面。

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