基于FPGA的CCD驱动设计

基于FPGA的CCD驱动设计

电荷耦合器件(CCD)作为新兴的固体成像器件即图像传感器，具有体积小，

重量轻，分辨力高，噪声低，自扫描，工作速度快，灵敏度高，可靠性好等优

点，受到人们的高度重视，广泛应用于图像传感、景物识别、非接触无损检测、

文件扫描等领域。CCD 驱动电路的实现是CCD 应用技术的关键问题。以往大

多是采用普通数字芯片实现驱动电路，CCD 外围电路复杂，为了克服以上方法

的缺点，利用VHDL 硬件描述语言．运用FPGA 技术完成驱动时序电路的实现。该方法开发周期短，并且驱动信号稳定、可靠。系统功能模块完成后可以先通

过计算机进行仿真，再实际投入使用，降低了使用风险性。1 硬件设计CCD

的硬件驱动电路系统的核心器件是SPARTAN 系列芯片XC3S50；CCD 采用Atmel 公司的CCDTH7888A 图像传感器；CCD 驱动脉冲由XC3S50 提供，脉

冲信号产生后由驱动模块对脉冲电压进行变换使其符合TH7888A 的驱动电压

要求。CCD 像素输出电压经过A／D 转换模块处理电路VSP2272 芯片的处理

得到数字信号，最后为了方便传输和方便后续模块对数字信号的处理将数字信

号由TTL 电平转换成LVDS 电平进行输出，整个系统如图1 所示。

1．1 TH7888A 简介CCD 图像传感器采用THOMSON 公司生产的TH7888A。它是一种高性能的帧转移面阵CCD 器件，采用四相脉冲驱动工作，

并提供电子快门的功能；同时，它具有2 种输出的模式：单路输出和双路输出。其主要的性能参数如下：光敏区和存储区均为1024×1024像素；速度可以达

到30 images／s 以上；像元尺寸为14 mm×14mm；感光区面积为14．34 mm×14．34 mm；光谱波长范围在400～700 nm 之间；像元输出频率为20 MHz。1．2 XC3SC50 简介XC3S50 属于XILINX 公司SPARTAN3 系列的FPGA(现场可编程逻辑门阵列)，是一种高性能器件，其特点是：器件运用90