姜博阮锦.PDF

基于 CPLD 的 CCD 信号发生器的研究 1 2 姜博 ，阮锦 中图分类号TN06 文献标识码：A 摘要：由于CCD(Charge Coupled Devices)芯片价格昂贵而且极易损坏，本文提出了一种利 用CPLD和D/A转换器构成的信号发生器的原理方案和实现方法。通过对CPLD器件isp1032e和D ／A转换器件DAC2900的配置，频率为l1MHz的模拟CCD信号，同时通过改进PCB设计和滤波电 路，提高了输出信号的精度，降低了噪声。本设计具有可编程、宽频、高精度和低硬件复杂 度等特点。 关键词：CPLD；D/A转换器；CCD；信号发生器 Abstract：The CCD chips are very expensive and easy to be damaged．This paper presents the design of a signal generator based on CPLD isp1032e and D／A device DAC2900， the frequency of signal is 11 MHz．The signal has high accuracy and low noise owing to the improvement on the PCB and filter circuit．This design has such characteristics as programmable, wide in frequency range ,high accuracy and low in hardware complexity, etc. Keywords: CPLD；D/A transfer；CCD；signal generator 1、引言 CCD (Charge Coupled Devices)电荷藕合器件是20世纪70年代初发展起来的新型半导体 器件。目前CCD作为光电传感器由于其具有体积小、重量轻、功耗小、工作电压低和抗烧毁 等优点以及在分辨率、动态范围、灵敏度、实时传输、自扫描等特性，广泛地应用于摄像器 材、气象、航天航空、军事、医疗以及工业检测等众多领域。 我们需要对CCD相机所获取的大量高速图像数据进行采集、存储，以便做后续处理和应 用，而进行这一系列信号处理之前，目标信号的获取及所获信号的质量关系到调试整个相机 系统的关键。在调试相机系统时，由于调试的系统总有一些不完善的因素，同时又因为多次 的调试也会增加CCD芯片的风险成本，尤其对于比较昂贵的CCD芯片，调试中如若经常使用将 会带来损坏的风险，因此在调试过程中对CCD芯片输出信号的分析和模拟就成为一项极其重 要的工作。本文设计了一种基于CPLD的可编程宽频、高精度CCD信号发生器。充分利用CPLD 的可编程性，模拟出CCD在各种复杂环境下的采集信号，同时满足系统对波形和时序的要求， 输出信号频率达到11MHz。 2、分析 CCD 输出信号的特点 图 1 CCD 输出信号 一个 CCD 信号的输出序列由复位脉冲开始，当 FET 开关闭合时，图 1 中的传感器电容上 的电压为初始的参考电压值，这个参考电压值被称为复位馈通电平。经过一定的馈通延迟时 间后，这个电压值降低，成为真正的复位电平。此时，FET开关打开，则像素电荷被转移到 这个电容上，相应的改变了电容上的电压值。这个电压值就是参考电平、像素电平以及一些 噪声叠加而成的。当 CCD开始工作读取有效信号时，输出信号在每个复位信号的上升沿时复 位，即在输出信号上出现复位干扰脉冲 1,然后回到参考电平 2 ，开始读取积分得来的是像元 信号 3 。实际像素宽度为 3 的宽度，1、2 、3 的宽度和为一个像素周期，每个像素的信号幅 度为 2 和 3 的高度差，这些都是 CCD 输出信号的重要参数。CCD 输出的信号中包含了较大的 直流分量。直流偏置电压是 CCD 正常工作所不可缺少的，其值在几伏到十几伏范围内变化， 并且只消耗几毫安以下的电流，很容易由稳压电源必要时经电阻或电位器分压以及电容滤波 得到。 3 、硬件结构 基频信号 模拟图像信号 模拟信号 CCD输出信号 晶振