基于電子快門自動增益的CCD驅(qū)動電路研究

　　如圖1所示，幀轉(zhuǎn)移信號SH兩個連續(xù)下降沿之間的時間tINT即為光積分時間，在這段時間光敏單元開始將接收到的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，并將電荷包按奇偶順序轉(zhuǎn)移到模擬移位寄存器中。該時間的長短不再依賴于基礎時鐘信號ΦM，與傳統(tǒng)的其他型號的CCD有很大不同。只需要調(diào)節(jié)脈沖的占空比FF可實現(xiàn)對光積分時間的調(diào)整，可以很大程度地縮短tINT，同時不需要改變基礎時鐘的頻率，避免了高頻干擾。

　　在光積分時間范圍內(nèi)，伴隨著復位脈沖上升沿的到來CCD光敏單元開始產(chǎn)生反映光信息的電荷包。電荷包以奇偶順序被送到光敏單元兩旁的轉(zhuǎn)移柵中，在數(shù)據(jù)時鐘的驅(qū)動下經(jīng)過CCD內(nèi)部數(shù)據(jù)處理電路輸出OS信號。

圖1 TCD1304的驅(qū)動脈沖波形圖

　　2 驅(qū)動信號的硬件實現(xiàn)電路

　　驅(qū)動信號硬件電路的整體框圖如圖2所示：采用高穩(wěn)定性的有源晶振產(chǎn)生基礎脈沖信號CP，再通過計數(shù)分頻產(chǎn)生兩個脈沖信號，經(jīng)過J－K觸發(fā)器，分時選通，即可得到復位脈沖信號ICG，以ICG為觸發(fā)信號，觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器CD4538生成占空比可調(diào)的幀轉(zhuǎn)移信號SH。

　　因此，縮短光積分時間只要調(diào)節(jié)SH信號的占空比即可，不需要再提高基礎時鐘的頻率。

圖2 驅(qū)動電路整體框圖

　　圖3即為復位脈沖ICG、幀轉(zhuǎn)移信號SH的實驗調(diào)試結(jié)果，實驗表明，此種原理調(diào)節(jié)光積分時間更加靈活方便，而且穩(wěn)定度好、精度高。

圖3 ICG，SH波形時序圖

　　3 數(shù)據(jù)采集及自動增益控制的實現(xiàn)

　　自動增益控制的實現(xiàn)主要是通過控制CCD的輸出信號使其保持在一定范圍內(nèi)，既不會因峰值過大而飽和失真，也不會困峰值太小而影響測量精度。這個范圍的確定可根據(jù)實際需要確定。峰值大于范圍上限時縮光積分時間，避免出現(xiàn)飽和失真的現(xiàn)象。反之，當小于范圍下線時延長光積分時間，以使光敏單元得到足夠的曝光量。

　　CCD的輸出信號是模擬量，需要經(jīng)過一系列的處理，放大、倒相、峰值保持等，將得到的峰值信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送入單片機。單片機通過得到的數(shù)字量發(fā)出控制命令，調(diào)節(jié)單穩(wěn)觸發(fā)器的數(shù)字式電位計，改變SH信號的占空比，光積分時間也隨之改變，實現(xiàn)自動增益控制。

　　整體框圖如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體框圖