CMOS光学镜头造成于二十世纪八十年代，因为那时候CMOS加工工艺的生产制造技术性不高，以致于感应器在使用中的杂讯很大，商业化的过程一直比较慢。迄今，伴随着技术的持续提升 ，CMOS光学镜头的运用范畴也不断发展，牵涉到电子产品、通信、工业生产，诊疗等各行业。与CCD对比，CMOS光学镜头有着体型小，功能损耗低，低成本等特性。Cypress企业的CMOS光学镜头IBIS5-B-1300是一款性能卓越、大采样率的光学镜头。光学镜头的常规运行必须有合理的推动时钟频率数据信号，文中就光学镜头IBIS5-B-1300，得出选用VHDL语言表达设计方案的推动时钟频率和模拟仿真結果。

1 IBIS5-B-1300光学镜头

1．1 集成ic介绍

Cypress企业的IBIS5-B-1300将仿真模拟图象获得、智能化和数据信号分析的功能模块集合在单一集成ic中，是一款性能卓越的CMOS光学镜头。这个130万像素（1 280×1 024）的光学镜头能够选用SXGA或VGA文件格式輸出，帧频可以达到27．5 f／s（1 280×1 024）或106 f／s（640×480）。

其主要特点以下：

（1）6．7μm的高填充因子清晰度模块。它可使元件的敏感度较高，噪音较小。

（2）高的采样率（单切线斜率積分下以64 dB）。当选用双切线斜率積分或多切线斜率積分时，采样率可进一步提高。

（3）片载可调节增益值和参考点的輸出放大仪。它能使数据信号的颤动限定在片载10 b ADC的键入范畴以内。

（4）片载40 MHz的10 b ADC。它可立即对輸出脉冲信号开展模／数变换，该ADC在电气设备上与光学镜头分离出来，假如必须，可挑选不经过模／数变换而立即輸出脉冲信号。

（5）任意开窗通风方式和亚取样方式。任意开窗通风方式能够只对有兴趣的地区开展读取；亚取样方式能够非常好地达到压缩算法的必须 。

（6）片载时钟频率与操纵逻辑性编码序列产生器、內部存储器。它可促使设计师用不多的讯号来操纵感应器的工作中。

1．2 原理

IBIS5-B-1300內部有12个存储器，给予感应器工作中需要的主要参数及工作方式。对存储器载入的数据信息选择了温度传感器的运行状态。存储器的数据信息载入插口有3种：并行接口、串行通信三线插口、串行通信两条线插口。可根据集成ic的IF_MODE和SER_MODE引脚接不一样的值来挑选不一样的api接口方式（如表1所显示）。

并行接口应用16 b并行处理键入来加载新的存储器值。串行通信3线插口（或串转并插口）应用串行通信将数据信息移进存储器油压缓冲器，当详细的数据字移进存储器油压缓冲器时，数据字才被加载当今已经编号的存储器。串行通信2线是一个单边的插口，文中暂不做剖析。

IBIS5-B-1300具备二种快速门方法：卷帘窗帘快速门和同歩快速门，用存储器（0000）的bitO开展设置，“1”为卷帘窗帘快速门，“0”为同歩快速门。时钟频率如图所示1，图2所显示。

在卷帘窗帘快速门方式下，帧频Frame period=（Nr．Lines×（RBT Pixel Period*Nr．Pixels））。

在同歩快速门方式下，帧频Frame period=“Tint” Tread out=“TInt” （Nr．Lines×（RBT Pixel Period×Nr．Pixels））。在其中，TInt为積分（曝出）時间；Nr．Lines为每帧读取的个数；Nr．Pixels为每排读取的图像分辨率；RBT为行空缺時间（典型值为3．5 ms）；Pixel Period为1／40 MHz=“25” ns。

卷帘窗帘快速门中有两个y方位的移位寄存器，一个偏向已经被读取的行，另一个偏向已经被校准的行，2个表针由同一数字时钟y_clock（行数字时钟）推动，他们相互之间的误差意味着了光積分時间。在卷帘窗帘快速门方式下，清晰度的读取和校准与此同时开展，每排清晰度的重置和读取是次序开展的（见图3）。清晰度的積分時间能够根据存储器INT_TIME来改动。在这类方式下，清晰度在不一样的时时刻刻光感应，因此在收集动态图像的时候会造成模糊不清。

在同歩快速门方式下，全部清晰度的光積分在同一时时刻刻开展的。全部清晰度与此同时被校准，在历经光積分后，清晰度的值被储存在每一象素的储存连接点上，随后一行行先后读取。清晰度的光積分和读取是串行通信的，在清晰度读取时，積分被严禁，因此还可以防止卷帘窗帘快速门所造成的动态图像模糊不清的难题。除此之外，同歩快速门适用多切线斜率積分，可得到比卷帘窗帘快速门高些的采样率。

综上所述剖析，在应用这款显像器集成ic时，对快速门方法要依据使用的场所开展挑选，在对迅速活动的物品开展捕捉或规定有高的采样率时要挑选同歩快速门；而在对图片的帧速率规定较高或要对图片开展持续收集时要挑选卷帘窗帘快速门。

2 根据FPGA的CMOS操纵时钟频率的设计方案

2．1 当场可编程控制器门阵列FPGA

伴随着集成化电源电路的发展趋势，规模性可编程逻辑元器件普遍用以电路原理行业，它具备功能损耗低，稳定性高的特性，与此同时大大的减少了线路板的规格。FPGA的内部构造决策了FPGA在时钟频率设计方案领域的优势。该设计方案采用Xilinx企业的Spartan3系列FPGA集成icXC3$50做为硬件开发服务平台。Spar-tan3根据VirtexⅡFPGA构架，选用90 nm技术性，8层金属工艺，嵌入顶势乘法器和数字电子钟管理方法控制模块。从结构特征上看，它将逻辑性、储存器、数字运算、数据CPU、I／O及其管理信息系统資源极致地融合在一起，使之具备更高端、更普遍的运用。

2．2 操纵时钟频率的设计方案

该设计方案选用VHDL硬件配置描述语言，依据自顶向下的设计方法，将时钟频率操纵一部分分成三个控制模块：校准控制模块、存储器配备控制模块和快速门控制模块。因为存储器有2种配备方法，快速门方式还有二种，因此后两一部分都能够再划分为2个小控制模块。三个大的控制模块有严格要求的相继关联，务必在前一控制模块顺利完成后，才可逐渐后一控制模块。图4表明组件的区划以及关联。

校准控制模块是用于造成光学镜头需要的SYS_RE_SET数据信号，使感应器一切正常校准，內部存储器清零，为存储器的配备做好充分的准备。

存储器配备控制模块是用于配备光学镜头內部的12个存储器，给予感应器工作中需要的技术参数和方法。在其中，主要参数有積分時间、積分方法（单切线斜率或多切线斜率）、X编码序列产生器的数字时钟间距、SS编码序列产生器的数字时钟间距、亚取样方法、开窗通风部位及尺寸等。

快速门控制模块用以造成感应器工作中需要的一些操纵数据信号，对于快速门方法的不一样得出需要的时钟频率操纵数据信号。在同歩快速门的制定中，该设计方案采取单切线斜率積分，在这里设计上多切线斜率積分非常容易完成。

该设计方案选用VHDL对各控制模块时钟频率开展程序编写。在其中，快速门控制模块应用状态机来完成各情况两者之间的变换（图5表明了卷帘窗帘控制模块的情况迁移图，图6表明了同歩快速门的情况迁移图）。全局性数字时钟和ADC数字时钟选用DCM即数字电子钟管理方法模块来完成。

3 试验結果

3．1 模拟仿真結果

时钟频率控制回路设计方案完成后，必须对各部位实现作用模拟仿真、逻辑性综合性及其综合性后模拟仿真，最终对所有操作系统开展综合性、合理布局走线，进行时钟频率模拟仿真。对各控制模块程序编写并模拟仿真根据后，将各控制模块读取到主函数top中，选用并行处理的存储器配备方法，对卷帘窗帘和同歩二种快速门方法开展模拟仿真，在Modelsim中的模拟結果如图所示7，图8所显示。

3．2 显像結果

将此推动时钟频率运用于照相机系统软件，在全帧輸出方式（1 280×1 024）下，对辨别率靶和静物素描开展拍攝，试验結果如图所示9，图10所示。由所拍攝結果还可以看得出，图象清楚平稳，无显著形变，CMOS光学镜头达到了显像的要求。

4 总结

光学镜头推动时钟频率的准确程度对其是否正常的运行起着关键性的功效。文中在剖析CMOS光学镜头IBIS5-B-1300工作中时钟频率的根基上，设计方案了二种存储器配备计划方案和二种快速门方法，并且用FPGA嵌入的数字电子钟管理方法模块（DCM）完成了系统软件数字时钟和ACD数字时钟的设计方案。试验结果显示，所制定的推动时钟频率能够达到该光学镜头的推动规定。

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