【正文】 和ADCLK的時序關系 TDA8783的電路設計。該芯片有3個+5V的模擬輸入電壓，2個+5V的數(shù)字輸入電壓，一個+[11]。本設計方案中，+5V的電壓由+，++，模擬地與數(shù)字地之間通過鐵磁珠相連。 TDA8783偏置電壓電路 TDA8783偏置電壓參數(shù)表SYBOYPARAMETERCONDITIONSMIN.MAX.UNITVCCAAnalog supply voltagenote 1+VVCCDDigital supply voltagenote 1+VVCCOOutput stages supply voltagenote 1+VSupply voltage differenceBetween VCCA and VCCDBetween VCCA and VCCOBetween VCCD and VCCO+++VVVVIInput voltagereferenced to AGND+VVCLKAC input voltage forswitchingreferenced to DGNDVCCDVIOOutput current10mATstgStorage temperature55+150TambOperating ambient temperature20+75TjJunction temperature150 TDA8783外圍電路圖，OE（引腳38）為輸入使能端；VCCA1（引腳6），VCCA2（引腳15），VCCA3（引腳45）為三個模擬輸入電壓端；VCCD1（引腳24），VCCD2（引腳39）為兩個數(shù)字輸入電壓端；IND（引腳47）為CCD數(shù)據(jù)輸入信號端；INP（引腳46）為CCD預設置輸入信號端；VCCO（引腳37）為數(shù)字輸出電壓端；OFDOUT（引腳3）為8位數(shù)模轉換器的模擬輸出端；AMPOUT（引腳4）為相關雙采樣放大輸出端；D9~D0（引腳35~26）為模數(shù)轉換數(shù)字輸出端。 電路工作原理TDA8783具體工作流程為：在電源接通之后，由CPLD輸出的SEN、SCLK和SDATA三個驅動信號通過串行接口對TDA8783進行工作模式的設定；同時由CPLD輸出的SHP、SHD、CLK、CLPOB、CLPADC、CLPDM六個驅動信號為TDA8783提供使其正常工作的時序；CCD輸出信號先后在相關雙采樣處理單元、增益控制處理單元以及A/D轉換處理單元作用下，轉換成數(shù)字信號輸出[13]。：A/D轉換增益控制相關雙采樣CCD輸出信號數(shù)字信號輸出 TDA8783工作流程圖 在一個CCD成像系統(tǒng)中，噪聲是限制有效分辨率的最主要因素。要降低噪聲信號通路應包括一個用于相關雙采樣的處理單元，通過兩次采樣消除不希望的噪聲分量，第一次采樣位于復位周期結束后，第二次采樣位于信號的信息段，兩次采樣的電壓差就代表了不含噪聲的電荷信號。CCD輸出視頻信號、SHP/，SHP和SHD分別作為第一次采樣和第二次采樣的驅動信號。 TDA8783的AGC特性曲線為了適應不同亮度的目標，防止CCD信號過弱或飽和，信號通路上應包括一個增益控制的處理單元，用于控制信號的增益，~+，增益的大小山10位寄存器控制，通過串行接口來設定。CCD輸出的視頻信號是通過交流耦合進入TDA8783的，即進入CDS的信號是電容耦合過來的，去掉了直流分量。輸入嵌位的目的就是為了恢復輸入信號中的直流分量，建立CDS所需的直流偏置。當SHP和CLPDM都為有效時，啞像元嵌位功能開始有效。如果系統(tǒng)中CCD輸出沒有啞像元，可以使用CIPOB脈沖代替CLPDM，只要嵌位發(fā)生在暗像元期間，CLPOB是暗像元鉗位信號。TDA8783的輸入端通常需要加隔直電容，通過隔直電容僅將交流的視頻信號輸入到CDS中。由于光強、溫度、供電電壓的緩慢變化都會使視頻輸出信號的暗參考電平出現(xiàn)波動，為了精確地恢復視頻信號，需要建立良好的暗電平參考。TDA8783有自動校正回路，利用CCD暗像元輸出的信號來建立參考暗電平。在有效像元間隔內，CCD輸出信號的參考電平被暗電平嵌位回路嵌位到暗電平。回路的時間常數(shù)由片外COB管腳上的電容決定。通常情況下，暗電平嵌位在高速工作時會引起嵌位噪聲，然而該噪聲隨著電容C值的增加而減小。但另一方面，過大的電容值，需要更長的時間來使電路進入工作狀態(tài)。嵌位電平值可以通過串口編程改變或通過RESET腳復位到默認值。為了降低功耗，TDA8783在不工作的情況下，可以通過串口編程來設置為備用模式。在這種模式下，TDA8783的所有功能模塊將不工作，視頻數(shù)字輸出將全部變?yōu)榱?。整個片子在此工作模式下僅需4mA的電流。由于此時所有的旁路電容都在放電，所以從備用模式恢復到工作模式需要較長的時間，一般為200ms~300ms。TDA8783包含一個高速10位ADC，可達40MHz的轉換速率。采用全微分、流水線結構，特別適合于低電壓、低功耗、高速應用。可以確保10位精度數(shù)據(jù)輸出且無誤碼，采樣及輸出脈沖由ADCLK控制。當鉗位電平Vref(12引腳)與DACOUT(13引腳)斷開時，可以通過串口將ADC的輸入電平鉗位在參考電平Vref上，Vref的取值范圍為+~+。TDA8783的串行接口包含兩個字節(jié)的移位寄存器和多個并行寄存器。這些寄存器是用來控制TDA8783數(shù)字可編程特性的。通過串行接口對這些寄存器進行配置可以完成CDS與AGC頻率的設置，AGC增益倍數(shù)的設置和ADC輸入鉗位電平的設置等功能。串行接口通過四個信號(SEN、SCLK、SDATA、RESET)來控制這些寄存器進行寫入操作的。，SDATA是串行數(shù)據(jù)輸入信號，SCLK是串行移位時鐘。當沒有復位信號(RESET)時，為在SCLK的每個上升沿到來時，SDATA向移位寄存器寫入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)長度為2個字節(jié)。在2個字節(jié)的移位操作完畢之后，移位寄存器中的數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿到來時被送入并行鎖存寄存器中。為使移位寄存器能工作，SEN信號必須為低電平。包括并行鎖存寄存器在內的其它完成特定功能的專用寄存器，都和ADCLK同步。并行鎖存寄存器中的數(shù)據(jù)寫入專用寄存器需要5~6個SCLK時鐘周期。因此，若要完成數(shù)據(jù)更新，必須在SEN信號變成高電平后再過5~6個SCLK時鐘周期。 串行接口功能模塊框圖每一次當使能信號SEN為低時，SDATA在SCLK的驅動下，向DA8783中的移位寄存器寫入13個數(shù)來完成TDA8783的初始化配置。其中，前三個數(shù)AAl和A0用于選擇對哪個功能模塊進行配置，后十個數(shù)用于對選定的模塊進行何種功能的設定。當“A2A1A0”為“000”時，D7到D0是有效位，用于控制DAC之后的模擬輸出；當“A2A1A0“為“001”時，D7到D0是有效位，其中D3到D0用于設定相關雙采樣(CDS)的頻率，由code00至code15設定1M到40M的采樣頻率，D4到D7用于設定自動增益控制(AGC)的頻率，由code00至code15設定4M到54M的增益頻率；當“A2AlA0”為“010”時，D8到D0是有效位，用于設定自動增益控制的增益倍數(shù)，由code00至code=；當“A2AlA0”為“011”時，D5到D0是有效位，D5用于設定CLKADC觸發(fā)沿，D4用于設定CLKDM、CLPOB和CLPADC的觸發(fā)沿，D3用于設階SHP和SHD的觸發(fā)沿，D2用于設定TDA8783內部的6dB放大器是否處于standby狀態(tài)，Dl用于設定OFDDAC是否處于standby狀態(tài)，D0用于設定相關雙采樣和自動增益控制模塊是否處于standby狀態(tài)；當“A2AlA0”為“100”時，D9到D0是有效位，用于設定DAC的鉗位電平，由code00至code1023設定++。TDA8783內部有一個DAC模塊可用于測試ADC模塊是否正常工作，當DAC模塊處于應用狀態(tài)下時，通過串行接口中Clamp Reference DAC功能的設定，決定進行DAC的數(shù)字信號，再通過測量DACOUT(引腳13)上的電壓即可判斷出ADC模塊是否處于正常工作的狀態(tài)。第五章 總結將CCD作為成像傳感器，在進行圖像檢測電路設計時，首先要解決的問題是CCD的驅動時序及視頻信號處理電路的設計。本文根據(jù)面陣耦合器件圖像檢測系統(tǒng)外圍電路設計論文課題的要求，針對DALSA公司的FTT1010M幀轉移型CCD進行了驅動時序電路的設計。在視頻信號處理部分采用專用視頻信號處理芯片TDA8783，它取代了傳統(tǒng)的由分離器件才能完成的相關雙采樣、可編程增益控制、ADC模數(shù)轉換等功能，提高了視頻處理電路的可靠性，并使視頻處理電路朝著小型化、輕量化的方向發(fā)展。主要工作總結：在應用CCD時，CCD驅動電路的設計是CCD應用的關鍵問題之一，驅動時序發(fā)生器性能的優(yōu)劣直接決定了成像的品質參數(shù)。隨著電子技術的不斷發(fā)展，基于EDA技術的芯片設計已經代替了傳統(tǒng)的設計方法成為電子系統(tǒng)設計的主流。本論文結合Quartus ΙΙ開發(fā)工具，使用VHDL硬件描述語言設計了CCD的驅動時序發(fā)生器。由CPLD產生的CCD驅動時鐘信號為TTL電平信號，遠遠達不到CCD對驅動時鐘電平信號的要求。故選用專用CCD時鐘驅動芯片MAX4426和EL7155C設計了FTT1010M幀轉移型面陣CCD的驅動電路。使時序發(fā)生器所產生的13路驅動信號達到驅動FTT1010M的要求。采用專用視頻信號處理器芯片TDA8783完成視頻處理。該芯片可以完成相關雙采樣、可編程增益控制、暗電平補償、ADC模數(shù)轉換等功能，性能優(yōu)越，價格便宜，適合應用在小型化嵌入式CCD數(shù)字相機系統(tǒng)中。參考文獻[1] 王慶有. 圖像傳感器應用技術[M]. 北京:北京工業(yè)出版社,2003.[2] 劉篤仁. 傳感器原理設計和應用[M]. 長沙:國防科技大學出版社,1995.[3] 劉恩科, 朱秉升, [M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2003.[4] [M]. 北京:北京郵電大學出版社,2001.[5] 侯伯亨, [M]. 西安:電子科技大學出版社,1999.[6] 陳學飛, 汶德勝, [J]. 光子學報,2007年,(S1):5557.[7] 黃正謹, 徐堅, 章小麗, [M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2002.[8] 馮濤, +P1ush入門與提高[M].北京:人民郵電出版社,2002.[9] 朱定華, 黃松, [M].北京:清華大學出版社,2007.[10] [M].北京:高等教育出版社,1991.[11] [M].北京:高等教育出版社,1991.[12] 陶德元,[J].四川大學學報,1983,(04):3235.[13] Latest In CCD camera Technology[J].BE:1993,35(7):26~33.[14] Thomas proeessing for lowlevel. Highprecision CCD imaging[J]. SPIE,1991,1448: 225–235.[15] integration pushes image sensor performance[J].Laser Focus World, 1997, (2): 1291