電荷耦合器件(Charge Coupled Devices,，簡稱CCD)是一種光電轉(zhuǎn)換式圖像傳感器,。它利用光電轉(zhuǎn)換原理將圖像信息直接轉(zhuǎn)換成電信號，實現(xiàn)非電量測量,。由于CCD的輸出信號是負極性的離散模擬信號,，并且混雜有幅度較大的復位脈沖干擾，為了獲得高質(zhì)量信號,，必須對CCD輸出信號進行直流箝位,、相關雙采樣、低通濾波和放大等預處理,，以消除各種干擾和噪聲,。同時，為了便于計算機處理和大容量存儲,，還必須對CCD輸出信號進行數(shù)字化處理,。目前市場上CCD專用的視頻信號處理器件不僅具有雙采樣技術，而且還具有自動暗電平補償,、自動增益和A／D轉(zhuǎn)換等功能,。這里給出了一款CCD專用的視頻信號處理器件XRD44L60，并介紹了基于VHDL 的XRD44L60CPLD邏輯控制電路,。
2 XRD44L60簡介
XRD44L60是Exar公司CCD專用的視頻信號處理器件,。該器件是針對CCD影像應用產(chǎn)品而設計的。XRD44L60采用相關雙采樣 (Correlated Double Sampling,，簡稱CDS)技術提取圖像信息,，可編程增益(Programmable Gain Amplifier,，簡稱PGA)控制范圍可達6 dB+38 dB，具有良好的輸人信號箝位和CDS輸入偏移校正性能,，并提供暗電平箝位,，給出準確的暗電平參考。XRD44L60還有一個10位A／D轉(zhuǎn)換器,，轉(zhuǎn)換速率高達16 MHz,，便于CCD陣列信號的數(shù)字處理。此外,，XRD4-4L60的串行接口包括一個10位的移位寄存器和多個并行寄存器,，可用于編程設置其工作參數(shù)。 XRD44L60的電源電壓為3.0 V,，功率為120 mW,，適用于小型化嵌入式CCD數(shù)字相機系統(tǒng)。
3系統(tǒng)電路設計
XRD44L60硬件電路設計如圖1所示,。其中,，In_Pos和In_Neg為模擬信號輸入端口，用于連接CCD的輸出信號,。CLAMP,，SHD，SHP 及RSTCCD為時鐘信號控制引腳,，用于連接CPLD信號的輸出端,，以控制器件工作。LOAD,，SDI，SCLK為串行接口可編程設置XRD44L60的工作參數(shù),。DB0～DB9為10位數(shù)字信號輸出,，可與信號處理單元連接。
4 XRD44L60的時序控制
采用可編程邏輯器件(CPLD)技術和VHDL語言實現(xiàn)對CCD視頻信號處理器件XRD44L60的控制,，使其完成CCD視頻信號的放大,、噪聲處理及數(shù)字化，并輸出對應的數(shù)字信號,。XRD44L60的工作時序需要根據(jù)具體的CCD器件來確定,。下面以TCD1501D型CCD為例，介紹XRD44L60的工作時序,。TCD1501D的工作頻率為1 MHz,，CCD輸出信號周期為2μs，其外部時鐘輸入由有源晶體振蕩器提供,，頻率為8 MHz,。當CLK_POL為低電平時,，XRD44L60的時序如圖2所示。驅(qū)動脈沖包括CCD復位脈沖RSTCCD,、相關雙采樣暗電平時鐘SHP,、相關雙采樣信號電平時鐘SHD、相關雙采樣箝位控制脈沖CLAMP,。
4.1 RSTCCD脈沖的產(chǎn)生
由圖2可知,，RSTCCD的周期為2μs，占空比為1：7,。因此,，可對輸入時鐘脈沖16分頻，其高電平占2個周期的時鐘脈沖,；低電平占14個周期的時鐘脈沖,。當計數(shù)器計數(shù)到15時，計數(shù)器清零,，重新計數(shù),，相關程序源代碼如下：
4.2 SHD和SHP脈沖的產(chǎn)生
由圖2判斷出，SHD和SHP的周期均為2μs,，占空比為1：1,。因此，可采用上述方法獲得這兩個脈沖,。
4.3 CLAMP脈沖的產(chǎn)生
CLAMP脈沖由CCD的輸出決定,，即當CCD的輸出信號為像元信號時，CLAMP為高電平,；當CCD的輸出信號為暗像元信號時,，CLAMP為低電平。
5驅(qū)動脈沖仿真波形
該沒計采用QuartusⅡ仿真軟件進行仿真,。仿真波形如圖3所示,。其中，CLK和CCD為輸入信號,；CLAMP,，SHD，SHP及RSTCCD為XRD44L60的驅(qū)動信號,。
6 結(jié)語
基于VHDL的XRD44L60邏輯控制電路能夠產(chǎn)生滿足系統(tǒng)要求的驅(qū)動脈沖,，整個系統(tǒng)設計能夠達到預期效果。將VHDL應用于XRD44L60時序電路設計,，系統(tǒng)設計更簡單,、靈活、可靠，因此可廣泛用于使用CCD的影像產(chǎn)品中,。