实验十六fsk解调器实验

实验二面阵CCD原理及驱动实验
一、实验目的
1.了解面阵CCD的基本工作原理
2.了解面阵CCD的垂直与水平驱动脉冲的波形、频率、周期、相位的测量方法
二、实验仪器
THQPE-1A光学平台一台、QPE-7面阵CCD实验模块一个、40MHz双踪示波器一台（具有视频信号触发功能）。

三、实验原理
面阵CCD器件必须能够同时接收一幅完整的光像，即面阵CCD是一个二维阵列。

按信号电荷的传输方式，面阵CCD可分为帧转移型，行间转移型，帧行间转移型，全帧转移型四种。

本实验中采用了行间转移型面阵CCD芯片。

这类型的CCD是目前市场上的主流产品，摄影机或数字相机最常使用的方式就是行间转移方式。

其像素主要由光电二极管与垂直CCD组成。

光电二极管负责光电转换与存储功能，垂直移位寄存器负责移位功能。

行间转移型CCD在结构上采用光敏区与遮光转移区相间的排列方式。

每隔一列，就有一列遮光的存储单元（垂直CCD），遮光区存储单元和感光单元一一对应。

当曝光时间结束后，感光区上的所有电荷包被迅速转移到对应的遮光存储单元内，然后感光区像素单元复位，准备下一次曝光。

这些过程只需要一个时钟周期。

随后在垂直驱动脉冲的作用下，存储区内的电荷以平移方式移动，逐行进入水平寄存器，然后在水平寄存器中沿水平方向移动，最后经输出电路输出。

一般的面阵CCD图像传感器几乎都执行电视制式，按电视制式方式工作。

本实验主要学习面阵CCD的工作原理、特性、自扫描电视制式的工作方式。

彩色面阵CCD模块的工作原理框图如图2-1所示。

CCD芯片型号为ICX633BKA,CXD3142主要用来产生图像传感器CCD工作的时序信号。

CXD1267为垂直移位时钟的驱动。

三者的产品数据手册可参见附录。

图2-1 彩色面阵CCD 工作原理框图
图2-2 面阵CCD 引脚图
图2-2为彩色面阵CCD 图像传感器ICX633BKA 的引脚图，V Ф1，V Ф2，V Ф3，V Ф4为CCD 的垂直方向
转移时钟，H Ф1, H 2为CCD 的水平方向转移时钟。

V DD ,GND 为CCD 的工作电源，ФSUB 为同步时钟，Ф
RG 为复位时钟。

V out 为视频信号输出。

图2-3 垂直转移时钟驱动芯片CXD1267的引脚图
图2-3为面阵CCD 图像传感器的垂直转移时钟驱动芯片CXD1267的引脚图。

其中输入信号XV1，XV2，XV3，XV4，XSG1, XSG2,XSHT 分别连接图2-4动芯片CXD3142的输出信号XV1，XV2，XV3，XV4，XSG1, XSG2,XSUB 。

其中输出信号V Ф1，V Ф2，V Ф3，V Ф4分别连接面阵CCD 对应的输入引脚V Ф1，V Ф2，V Ф3，V Ф4。

V Ф1，V Ф3两路信号为三电平驱动信号。

具体请参考芯片手册。

图2-4 驱动芯片CXD3142引脚图
四、实验步骤
1.打开示波器电源开关。

2.用2号导线将THQPE-1A光学平台上的+12V电源与QPE-7模块的“+12V”相连，实验箱上的GND与QPE-7模块的“黑色”座子（GND）相连。

3.驱动脉冲波形的测量
1)将示波器的CH1和CH2扫描线调整至适当位置，设置CH1为同步输入，对照图2-4及图2-5所示的波形图进行下面的实验测量。

2)用CH1（幅度选为20.0V，扫描时间间隔为50μs档）探头测量控制脉冲SH，仔细调节使之同步稳定，然后用CH2（幅度选为10V，扫描的时间间隔为50μs档）探头分别观测V1、V2、V3、V4脉冲，画出这些脉冲的波形图并与图2-2的波形相比较，分析它们的相位关系。

3)用CH1探头测量V1脉冲，用CH2探头分别测量V2、V3、V4脉冲，画出这四个脉冲的波形图。

通过实测波形图测出它们的频率、周期与它们之间的相位关系；说明V1、V2、V3、V4脉冲在信号电荷垂直转移过程中的作用。

通过上述测试达到理解电荷包信号的垂直转移过程与垂直转移原理。

4)用CH1 、CH2（幅度选为20V，扫描时间间隔为100nS档）探头分别测量H1、H2脉冲。

比较二者的相位关系，分析信号电荷包沿水平方向转移的过程与原理。

图2-4 驱动脉冲波形图
图2-5 A段波形展开图
4. 视频输出信号的测量
（1）用示波器CH1通道探头测量QPE-7模块的“VIDEO2”测试点处视频输出信号(观测时，请选择示波器的触发方式为视频触发模式，以便观察)。

CH1的幅度选为200mv,扫描时间间隔分别用5ms、1ms、10μs、1μs、25ns档。

（2）分别用示波器测出场正程、行正程期间的视频输出信号。

（3）测出视频信号的输出幅度与变化量。

五、实验报告
1. 画出CCD的垂直与水平驱动脉冲的波形。

比较V1、V3与V2、V4波形之间的异同点，分析V1、V3信号电平的组成。

描述它们的频率、周期、相位的关系。

2. 大致画出面阵CCD的视频输出信号，简述面阵CCD的视频输出信号与背景光强的关系。

六、注意事项
1.实验连线过程中请不要带电操作，以免损坏实验模块。

2.实验结束后请先关闭实验台和实验模块的电源，然后拔出所有实验导线，并整理好实验配件。

3.实验结束后请盖上光学镜头盖子，以免划伤镜头。